 |
|
Ngôi sao có khối lượng nằm giữa 1,4 và 5 lần khối lượng mặt Trời khi bắn ra lớp vỏ ngoài, sẽ sáng rực trên bầu trời, sáng gần như nguyên cả một thiên hà. Đó là một "supernova". |
Trước hết chúng ta quan tâm tới sự kết thúc của một ngôi sao có khối lượng nằm giữa 1,4 và 5 lần khối lượng mặt Trời.
Khối lượng gia tăng của ngôi sao làm nó nén lại mạnh hơn. Sự sụp đổ này xảy ra quá nhanh đến nỗi (chỉ một phần mấy của giây) các electron di chuyển nhanh hơn, không có thời gian để tổ chức sự kháng cự chống lại trọng lực. Chúng vượt qua bán kính 6000 km của sao lùn một cách nhanh nhẹn. Bán kính của lõi sao thu lại chỉ còn 10 km. Mật độ cuối cùng cực kỳ lớn, có thể đạt tới 1 tỷ tấn trong 1cm3. Cũng như bạn nén khối lượng của 100 tháp Eiffel vào một thể tích bằng đầu bút bi của bạn. Các nhân cũng không thể chống lại sự nén này và bị vỡ ra thành các proton và neutron. Các electron bị ép quá sát vào các proton đến nỗi chúng buộc phải kết hợp với proton để sinh ra neutron và neutrino. Các neutrino mà chúng ta đã gặp trong những khoảnh khắc đầu tiên của vũ trụ, trung thành với tiếng tăm của mình, không tương tác với vật chất và lập tức thoát đi. Tâm của sao bây giờ trở thành một "nhân" neutron khổng lồ. Các neutron này chỉ sống được 15 phút ở trạng thái tự do, mất đi ý định chết khi bị cầm tù. Bây giờ, chính chúng chống lại trọng lực và làm cho sao neutron không sụp đổ nữa. Như trong trường hợp các electron, có nguyên lý loại trừ cho các neutron và chúng không thể ép sát với nhau quá.
Vào lúc chấm dứt thời kỳ sụp đổ tâm sao, một vụ nổ chớp nhoáng xảy ra. Những lớp vỏ tựa củ hành giàu nguyên tố nặng bị bắn tung vào không gian với tốc độ hàng ngàn km/giây. Sự nổ đạt độ sáng bằng 100 triệu mặt Trời. Một điểm sáng xuất hiện trong bầu trời, sáng gần như nguyên cả một thiên hà. Đó là một "supernova". Sự ngưng sụp đổ đột ngột của tâm sao gây bởi sự chống cự các neutron là nguồn gốc của vụ nổ khủng khiếp này. Một sóng xung kích được tạo ra, truyền tới bề mặt và đẩy những lớp bên ngoài của ngôi sao, gây ra sự nổ.
Trong các thiên hà, những cái chết bùng nổ như vậy xảy ra khoảng một thế kỷ một lần. Con người từ khi bắt đầu ghi lại những quan sát của mình đã thấy khoảng một chục cái chết như vậy trong dải Ngân Hà. Năm 1571, chàng trẻ tuổi Tycho Brahe đã quan sát được một "ngôi sao mới" trong chòm sao Cassiopée. Khám phá này đã gieo vào đầu ông sự nghi ngờ về bầu trời bất biến của Aristote. Cái còn lại của vụ nổ supernova hiện nay mang tên ông. Ngày 23 tháng 2 năm 1987, một supernova trong một trong số các thiên hà lùn - đám mây Magellan lớn ở cách ta khoảng 150 000 năm ánh sáng, đã làm chấn động giới thiên văn học. Tất cả các phương tiện quan sát hiện đại (kính thiên văn lớn đặt trên mặt đất, vệ tinh không gian và những dụng cụ khác mà Tycho Brahe không bao giờ có thể tưởng tượng nổi) đã đóng góp với nhau để nghiên cứu hiện tượng lạ lùng này. Ngay cả những neutrino thoát ra từ tâm sụp đổ của ngôi sao chết cũng đã được ghi nhận bởi các máy dò đặt sâu tới hàng cây số dưới đất, trong một mỏ vàng đã được cải dụng.
 |
|
Tinh vân Con cua. |
Đã khá lâu rồi ngôi sao chủ này không còn nhìn được bằng mắt thường nữa. Với kính thiên văn, người ta có thể phân biệt được phần còn lại của vụ nổ sao đó, nó sáng một cách yếu ớt và có dạng giống như một con cua nên mới mang cái tên như vậy.
Nhưng cái làm cho Tinh vân Con cua nổi tiếng là sự khám phá một ngôi sao neutron bên trong nó vào năm 1967. Sao này (đã được các nhà thiên văn Mỹ Walter Baade và Fritz Zwicky suy đoán từ năm 1934) thực sự là kết quả từ cái chết của một ngôi sao. Nó loé sáng rồi lại phụt tắt với chu kỳ 30 lần trong 1 giây, do đó còn có tên là pulsar. Hành vi kỳ lạ này trước hết là do sao neutron không phát xạ hết toàn bộ bề mặt của nó. Ánh sáng (mà nhiều nhất là loại radio, vô tuyến) ló ra thành hai chùm tia giống như chùm tia sáng phát ra từ đèn pha. Hơn nữa, sao neutron tự quay quanh nó rất nhanh, do đó tạo cảm giác là nó sáng rồi tắt mỗi khi chùm tia sáng của nó quét đến trái đất. Pulsar sắp đóng vai trò ngọn đèn pha của bầu trời trong nhiều triệu năm. Nguồn năng lượng dự trữ của nó được tích trữ trong quá trình sụp đổ rồi sẽ cạn dần. Nó quay càng ngày càng chậm và cuối cùng sẽ không còn bức xạ nữa. Nó hoàn toàn không còn được thấy hoặc nghe nữa. Trong dải Ngân Hà, cứ một ngàn ngôi sao sẽ có một ngôi sao kết thúc cuộc đời mình như một pulsar.
Cuối cùng, chúng ta nói đến cái chết quyết định nhất của ngôi sao. Đây là số phận mà sao có khối lượng lớn hơn khoảng 5 lần khối lượng của mặt Trời phải chịu.
Khối lượng rất lớn khiến cho sự sụp đổ vô cùng dữ dội. Lần này, không chỉ những electron mà ngay cả những neutron cũng bị bất ngờ. Chúng không có thời gian để tổ chức kháng cự lại trọng lực. Trọng lực này không thể dừng lại được nữa. Nó ép vật chất ở tâm ngôi sao vào một thể tích nhỏ đến mức trọng trường trở nên cực kỳ lớn. Tâm của sao trở thành một lỗ đen.
Cũng như trong trường hợp trước, sự sụp đổ dữ dội tạo ra vụ nổ khổng lồ làm văng ra các lớp trên cùng của sao vào không gian: sự ra đời của một lỗ đen cũng được chào mừng bằng sự bùng nổ supernovae. Lần này ngôi sao chết cũng chẳng để lại xác chết có thể nhìn thấy được. Từ nay về sau, như chúng ta đã biết, nó chỉ thể hiện sự có mặt của nó bằng những hiệu ứng trọng lực mà nó tác dụng lên các vật chất đi qua gần đó. Nó làm chậm thời gian. Nó biến các nhà vũ trụ quá táo bạo thành những "sợi mì ống" và sẽ nghiền nát họ. Đối với người quan sát trên trái đất, lỗ đen rất khó dò ra. Trừ khi, như chúng ta đã biết, nếu nó cặp đôi với một ngôi sao khác đang còn sống. Lỗ đen khi đó sẽ hút bầu khí quyển của ngôi sao còn nhìn thấy được về phía nó. Các nguyên tử khí trong bầu khí quyển này phát ra tia X khi rơi vào lỗ đen và sẽ tiết lộ sự hiện diện của nó. Người ta nghĩ rằng có tồn tại một lỗ đen theo hướng chòm sao Cygne, chỗ có một nguồn tia X rất sáng. Trong dải Ngân Hà, các sao nặng là thiểu số.
Tác giả Trịnh Xuân Thuận
Võ Thị Diệu Hằng chuyển ngữ (Vietsciences.free.fr)