Bức ảnh chụp X-quang Chandra này cho thấy Cassiopeia A (gọi tắt là Cas A), tàn dư siêu tân tinh trẻ nhất trong Dải Ngân hà.
(Ảnh: © NASA / CXC / MIT / UMass Amherst / M.D.Stage et al.)
Một ngôi sao sáng chói lóe lên nhìn vào một góc của bầu trời đêm - nó không ở đó chỉ vài giờ trước, nhưng bây giờ nó cháy như đèn hiệu.
Ngôi sao sáng đó thực sự không phải là một ngôi sao, ít nhất là không còn nữa. Điểm sáng nhất của ánh sáng là sự bùng nổ của một ngôi sao đã đi đến cuối cuộc đời, còn được gọi là siêu tân tinh.
Siêu tân tinh có thể nhanh chóng vượt qua toàn bộ các thiên hà và tỏa ra nhiều năng lượng hơn so với mặt trời của chúng ta trong toàn bộ cuộc đời. Chúng cũng là nguồn chính của các nguyên tố nặng trong vũ trụ. Theo NASA, siêu tân tinh là "vụ nổ lớn nhất diễn ra trong không gian".
Lịch sử quan sát siêu tân tinh
Các nền văn minh khác nhau đã ghi lại siêu tân tinh từ lâu trước khi kính viễn vọng được phát minh. Siêu tân tinh được ghi nhận lâu đời nhất là RCW 86, mà các nhà thiên văn học Trung Quốc đã nhìn thấy vào năm 185. Các hồ sơ của họ cho thấy "ngôi sao khách" này đã ở trên bầu trời trong 8 tháng, theo NASA.
Trước đầu thế kỷ 17 (khi kính viễn vọng trở nên có sẵn), chỉ có bảy siêu tân tinh được ghi nhận, theo Encyclopedia Britannica.
Những gì chúng ta biết ngày nay là Tinh vân Con cua là nổi tiếng nhất trong số các siêu tân tinh này. Các nhà thiên văn học Trung Quốc và Hàn Quốc đã ghi lại vụ nổ ngôi sao này trong hồ sơ của họ vào năm 1054 và người Mỹ bản địa phía tây nam cũng có thể đã nhìn thấy nó (theo các bức tranh đá nhìn thấy ở Arizona và New Mexico). Siêu tân tinh hình thành Tinh vân Con cua rất sáng đến nỗi các nhà thiên văn học có thể nhìn thấy nó vào ban ngày.
Các siêu tân tinh khác được quan sát trước khi kính viễn vọng được phát minh xảy ra vào năm 393, 1006, 1181, 1572 (được nghiên cứu bởi nhà thiên văn học nổi tiếng Tycho Brahe) và 1604. Brahe đã viết về những quan sát của ông về "ngôi sao mới" trong cuốn sách "De nova stella," "đã tạo ra cái tên" nova. " Một nova khác với siêu tân tinh, tuy nhiên. Cả hai đều bùng phát ánh sáng đột ngột khi khí nóng được thổi ra ngoài, nhưng đối với siêu tân tinh, vụ nổ là thảm khốc và biểu thị sự kết thúc của cuộc đời của ngôi sao, theo Encyclopedia Britannica.
Thuật ngữ "siêu tân tinh" không được sử dụng cho đến những năm 1930. Công dụng đầu tiên của nó là bởi Walter Baade và Fritz Zwicky tại Đài thiên văn Mount Wilson, người đã sử dụng nó liên quan đến một sự kiện nổ mà họ quan sát được, được gọi là S Andromedae (còn được gọi là SN 1885A). Nó nằm trong thiên hà Andromeda. Họ cũng cho rằng siêu tân tinh xảy ra khi các ngôi sao bình thường sụp đổ thành sao neutron.
Trong kỷ nguyên hiện đại, một trong những siêu tân tinh nổi tiếng hơn là SN 1987A từ năm 1987, hiện vẫn đang được các nhà thiên văn học nghiên cứu vì họ có thể thấy một siêu tân tinh phát triển như thế nào trong vài thập kỷ đầu sau vụ nổ.
Sao chết
Trung bình, một siêu tân tinh sẽ xảy ra khoảng 50 năm một lần trong một thiên hà có kích thước bằng Dải Ngân hà. Nói cách khác, một ngôi sao phát nổ mỗi giây hoặc lâu hơn ở đâu đó trong vũ trụ và một số trong số đó không ở quá xa Trái đất. Khoảng 10 triệu năm trước, một cụm siêu tân tinh đã tạo ra Bong bóng cục bộ, một bong bóng khí hình hạt đậu dài 300 năm ánh sáng trong môi trường liên sao bao quanh hệ mặt trời.
Chính xác làm thế nào một ngôi sao chết phụ thuộc một phần vào khối lượng của nó. Mặt trời của chúng ta, chẳng hạn, không có đủ khối lượng để phát nổ như một siêu tân tinh (mặc dù tin tức về Trái đất vẫn không tốt, bởi vì một khi mặt trời hết nhiên liệu hạt nhân, có lẽ trong vài tỷ năm nữa, nó sẽ phồng lên thành một người khổng lồ đỏ có khả năng sẽ làm bốc hơi thế giới của chúng ta, trước khi dần dần biến thành một sao lùn trắng). Nhưng với khối lượng phù hợp, một ngôi sao có thể bốc cháy trong vụ nổ dữ dội.
Một ngôi sao có thể đi siêu tân tinh theo một trong hai cách:
- Siêu tân tinh loại I: ngôi sao tích lũy vật chất từ một người hàng xóm gần đó cho đến khi phản ứng hạt nhân chạy trốn bốc cháy.
- Siêu tân tinh loại II: ngôi sao hết nhiên liệu hạt nhân và sụp đổ dưới trọng lực của chính nó.
Siêu tân tinh loại II
Trước tiên hãy nhìn vào Type II thú vị hơn. Để một ngôi sao phát nổ như siêu tân tinh loại II, nó phải lớn gấp nhiều lần so với mặt trời (ước tính chạy từ 8 đến 15 khối lượng mặt trời). Giống như mặt trời, cuối cùng nó sẽ hết hydro và sau đó là nhiên liệu helium ở lõi của nó. Tuy nhiên, nó sẽ có đủ khối lượng và áp lực để hợp nhất carbon. Đây là những gì xảy ra tiếp theo:
- Dần dần các phần tử nặng hơn tích tụ ở trung tâm, và nó trở nên xếp lớp giống như một củ hành, với các phần tử trở nên nhẹ hơn ở bên ngoài ngôi sao.
- Khi lõi của ngôi sao vượt qua một khối lượng nhất định (giới hạn Chandrasekhar), ngôi sao bắt đầu nổ tung (vì lý do này, những siêu tân tinh này còn được gọi là siêu tân tinh sụp đổ lõi).
- Lõi nóng lên và trở nên dày đặc hơn.
- Cuối cùng, vụ nổ bật trở lại khỏi lõi, trục xuất vật chất sao vào không gian, tạo thành siêu tân tinh.
Những gì còn lại là một vật thể cực kỳ dày đặc gọi là sao neutron, một vật thể có kích thước thành phố có thể gói khối lượng mặt trời trong một không gian nhỏ.
Có các tiểu loại của siêu tân tinh loại II, được phân loại dựa trên các đường cong ánh sáng của chúng. Ánh sáng của siêu tân tinh loại II-L giảm dần sau vụ nổ, trong khi ánh sáng của loại II-P vẫn ổn định trong một thời gian trước khi giảm dần. Cả hai loại đều có chữ ký của hydro trong quang phổ của chúng.
Các ngôi sao nặng hơn nhiều so với mặt trời (khoảng 20 đến 30 khối lượng mặt trời) có thể không phát nổ như một siêu tân tinh, các nhà thiên văn học nghĩ. Thay vào đó chúng sụp đổ để tạo thành các lỗ đen.
Siêu tân tinh loại I
Siêu tân tinh loại I thiếu chữ ký hydro trong quang phổ ánh sáng của chúng.
Siêu tân tinh loại Ia thường được cho là bắt nguồn từ các ngôi sao lùn trắng trong một hệ thống nhị phân chặt chẽ. Khi khí của ngôi sao đồng hành tích tụ trên sao lùn trắng, sao lùn trắng bị nén dần dần, và cuối cùng tạo ra một phản ứng hạt nhân chạy trốn bên trong, cuối cùng dẫn đến một vụ nổ siêu tân tinh thảm khốc.
Các nhà thiên văn học sử dụng siêu tân tinh loại Ia như "nến tiêu chuẩn" để đo khoảng cách vũ trụ bởi vì tất cả được cho là rực sáng với độ sáng bằng nhau ở cực đại của chúng.
Các siêu tân tinh loại Ib và Ic cũng trải qua sự sụp đổ lõi giống như các siêu tân tinh loại II đã làm, nhưng chúng đã mất hầu hết các phong bì hydro bên ngoài. Vào năm 2014, các nhà khoa học đã phát hiện ngôi sao đồng hành mờ nhạt, khó định vị thành siêu tân tinh Type Ib. Cuộc tìm kiếm đã tiêu tốn hai thập kỷ, khi ngôi sao đồng hành tỏa sáng hơn nhiều so với siêu tân tinh sáng chói.
Bắt quả tang
Các nghiên cứu gần đây đã phát hiện ra rằng các siêu tân tinh rung động như những chiếc loa khổng lồ và phát ra tiếng kêu có thể nghe được trước khi phát nổ.
Năm 2008, lần đầu tiên các nhà khoa học bắt gặp một siêu tân tinh trong hành động phát nổ. Trong khi nhìn vào màn hình máy tính của mình, nhà thiên văn học Alicia Soderberg dự kiến sẽ nhìn thấy vết nhòe nhỏ phát sáng của siêu tân tinh một tháng tuổi. Nhưng những gì cô và đồng nghiệp nhìn thấy thay vào đó là một tia X năm phút kỳ lạ, cực kỳ sáng chói.
Với sự quan sát đó, họ trở thành những nhà thiên văn học đầu tiên bắt được một ngôi sao trong hành động phát nổ. Siêu tân tinh mới được mệnh danh là SN 2008D. Nghiên cứu sâu hơn đã chỉ ra rằng siêu tân tinh có một số tính chất khác thường.
"Các quan sát và mô hình hóa của chúng tôi cho thấy đây là một sự kiện khá bất thường, được hiểu rõ hơn về một vật thể nằm ở ranh giới giữa các vụ nổ siêu tân tinh và tia gamma bình thường", Paolo Mazzali, nhà vật lý thiên văn người Ý tại Đài thiên văn Padova và Max- Viện Vật lý thiên văn Planck, nói với Space.com trong một cuộc phỏng vấn năm 2008.
Báo cáo bổ sung của Elizabeth Howell và Nola Taylor Redd, cộng tác viên của Space.com
Tài nguyên bổ sung
- Trong tạp chí Science, các nhà thiên văn học thảo luận về "Sự biến thái của siêu tân tinh SN 2008D".
- Trong Thiên văn học & Vật lý thiên văn, các nhà thiên văn học đã hợp tác trong một bài báo, "Những ràng buộc đối với sự phát xạ neutrino năng lượng cao từ SN 2008D."
- Một thông cáo báo chí của NASA năm 2008 thông báo quan sát vụ nổ siêu tân tinh.
