Có rất nhiều cách để các ngôi sao chết nổ tung. Các nhà thiên văn học đã phát hiện ra sự đa dạng bùng nổ này khi họ đánh giá 3.628 sao lùn trắng phát nổ trong một cuộc khảo sát bầu trời thế hệ tiếp theo được thực hiện bằng cách sử dụng Cơ sở tạm thời Zwicky (ZTF) từ tháng 3 năm 2018 đến tháng 12 năm 2020.
Điều đó có nghĩa là tập dữ liệu về các siêu tân tinh gần đó lớn hơn nhiều lần so với các mẫu tương tự trước đây. Đây là một bước phát triển quan trọng trong quá trình hiểu biết của chúng ta về vòng đời của các ngôi sao có khối lượng tương tự như mặt trời, tạo ra các sao lùn trắng khi chúng chết. Hiểu biết sâu hơn về các siêu tân tinh loại Ia có thể giúp giải quyết bí ẩn về năng lượng tối — lực kỳ lạ khiến vũ trụ giãn nở với tốc độ ngày càng nhanh.
Đó là bởi vì, trong ba thập kỷ, những tàn tích sao phát nổ này đã trở thành một phần không thể thiếu trong phép đo khoảng cách vũ trụ. Tìm hiểu về sự đa dạng của chúng có thể giúp các nhà thiên văn học so sánh các siêu tân tinh này với nhau, qua đó cải thiện hiểu biết của chúng ta về năng lượng tối.
"Sự đa dạng về cách các ngôi sao lùn trắng có thể phát nổ lớn hơn nhiều so với dự kiến trước đây, dẫn đến các vụ nổ từ mờ nhạt đến mức hầu như không nhìn thấy được đối với những vụ nổ khác đủ sáng để có thể nhìn thấy trong nhiều tháng đến nhiều năm sau đó", trưởng nhóm Kate Maguire của Trinity College Dublin cho biết trong một tuyên bố.
"Nhờ khả năng quét bầu trời nhanh chóng và sâu sắc độc đáo của ZTF, người ta có thể phát hiện ra những vụ nổ mới của các ngôi sao mờ hơn tới một triệu lần so với những ngôi sao mờ nhất có thể nhìn thấy bằng mắt thường."
Lõi sụp đổ khi các lớp bên ngoài của các ngôi sao bị bong ra. Điều này để lại một lõi sao đang âm ỉ cháy, hay sao lùn trắng, được bao quanh bởi một đám mây vật chất cũ của sao đang lan rộng.
Khi mặt trời trải qua quá trình này trong khoảng 5 tỷ năm, nó sẽ dành phần còn lại của sự tồn tại như một sao lùn trắng cô đơn, nhưng không phải tất cả những ngôi sao đã chết này đều có cuộc sống cô đơn như vậy sau khi chết.
Khoảng 50% các ngôi sao có khối lượng xấp xỉ khối lượng mặt trời tồn tại trong một hệ sao đôi với một ngôi sao khác. Điều đó có nghĩa là rất nhiều sao lùn trắng cũng tồn tại trong các sao đôi.
Kết quả chính của nghiên cứu của nhóm là xác nhận rằng có nhiều cách kỳ lạ mà sao lùn trắng có thể phát nổ, và các quá trình này liên quan đến các sao đôi đối tác của những ngôi sao chết này.
Khi hai ngôi sao giống mặt trời tồn tại trong cùng một hệ sao đôi vì chúng được hình thành gần như cùng thời điểm từ cùng một đám mây khí đang sụp đổ và bụi, thật tự nhiên khi mong đợi cả hai ngôi sao tiến hóa thành sao lùn trắng vào cùng thời điểm.
Điều này tạo ra một hệ sao đôi với hai sao lùn trắng quay quanh nhau. Dần dần, những tàn dư sao này tiến lại gần nhau hơn cho đến khi chúng va chạm và hợp nhất. Điều này có thể kích hoạt siêu tân tinh theo hai cách.
Đầu tiên, bản thân vụ va chạm có thể tạo ra một sao lùn trắng lớn hơn và một siêu tân tinh loại Ia. Mặt khác, tàn dư sao mà điều này tạo ra có thể sinh ra một tàn dư 'con' có khối lượng gấp 1,4 lần khối lượng của mặt trời. Khối lượng đó có ý nghĩa quan trọng vì nó là giới hạn Chandrasekhar, mà tại đó một ngôi sao có thể phát nổ trong siêu tân tinh sụp đổ lõi và tạo ra một ngôi sao neutron.
Nếu một sao lùn trắng nằm trong hệ sao đôi với một ngôi sao dãy chính "bình thường" chưa biến đổi thành sao lùn trắng hoặc sao neutron, thì nó cũng có một con đường để "phát nổ sao mới".
Nếu sao lùn trắng và ngôi sao đồng hành của nó đủ gần, hoặc nếu ngôi sao dãy chính bước vào giai đoạn "sao khổng lồ đỏ" và phình to lên, thì tàn dư của sao có thể kéo vật chất từ ngôi sao đồng hành của nó. Việc nuôi dưỡng sao hút máu tiếp tục cho đến khi khối lượng được tặng đẩy khối lượng của sao lùn trắng vượt quá giới hạn Chandrasekhar, kích hoạt siêu tân tinh loại Ia thường xóa sổ sao lùn trắng.
Có những trường hợp hiếm hoi khi sao lùn trắng không bị phá hủy trong siêu tân tinh như vậy sau một đợt ăn quá mức mà bị biến đổi thành một "ngôi sao thây ma" bị tàn phá. Những sự kiện này được gọi là siêu tân tinh loại Iax.
Cụ thể, siêu tân tinh loại Ia hữu ích cho các nhà thiên văn học vì đầu ra ánh sáng tiêu chuẩn của chúng có nghĩa là chúng có thể được sử dụng để đo khoảng cách vũ trụ. Được gọi là "nến chuẩn", điều này có nghĩa là siêu tân tinh loại Ia có thể được sử dụng để theo dõi sự tăng tốc của quá trình giãn nở của vũ trụ do năng lượng tối gây ra. Trên thực tế, chính những quan sát về siêu tân tinh loại Ia đã dẫn đến việc phát hiện ra năng lượng tối vào năm 1998.
Sẽ rất phù hợp nếu nghiên cứu như thế này về các sao lùn trắng phát nổ giúp chuẩn hóa các siêu tân tinh này, do đó hỗ trợ các nhà nghiên cứu cuối cùng giải quyết được bí ẩn đã tồn tại hơn 26 năm này.
Tuy nhiên, để sử dụng siêu tân tinh loại Ia theo cách này và thăm dò năng lượng tối, điều quan trọng đối với các nhà nghiên cứu là hiểu cách các sự kiện này có thể thay đổi. Hãy tham gia nhóm các nhà thiên văn học này và ZTF.
Khi nhóm khám phá ra sự đa dạng của các sự kiện siêu tân tinh loại Ia, họ đã tiết lộ các quần thể phụ và các vật thể cực đoan có thể được sử dụng để thăm dò sự giống nhau về đặc điểm hoặc "tính đồng nhất" của các siêu tân tinh trong mẫu của họ.
Các nhà nghiên cứu cũng có thể thăm dò cách các siêu tân tinh loại Ia thay đổi tùy theo môi trường mà chúng phun trào. Cụ thể, khu vực này có chứa đầy các ngôi sao trẻ hay già, hay nó chứa đầy bụi hoặc khí liên sao được tách ra từ một ngôi sao đồng hành?
Điều này dẫn đến việc họ tinh chỉnh những siêu tân tinh nào giống nhau nhất và do đó nên được sử dụng để tính toán khoảng cách vũ trụ.
Những câu chuyện liên quan:
— Ngay trước khi phát nổ, ngôi sao này đã phun ra khối lượng tương đương với khối lượng của một mặt trời
— Những tàn dư kỳ lạ của vụ nổ siêu tân tinh có thể chứa một ngôi sao siêu đặc
— Nhìn vào bên trong tàn tích của một siêu tân tinh 800 năm tuổi và thấy một ngôi sao 'zombie'
"Trong năm năm qua, một nhóm gồm ba mươi chuyên gia từ khắp nơi trên thế giới đã thu thập, biên soạn, lắp ráp và phân tích những dữ liệu này. Hiện chúng tôi đang công bố chúng cho toàn thể cộng đồng", Mickael Rigault, nhà nghiên cứu tại Institut des deux Infinis de Lyon và là trưởng nhóm nhóm làm việc Khoa học vũ trụ học ZTF, cho biết trong một tuyên bố riêng.
"Mẫu này rất độc đáo về mặt kích thước và tính đồng nhất đến mức chúng tôi kỳ vọng nó sẽ tác động đáng kể đến lĩnh vực vũ trụ học siêu tân tinh và dẫn đến nhiều khám phá mới bổ sung ngoài các kết quả mà chúng tôi đã có đã xuất bản."
Những phát hiện này đã được công bố trong một loạt các bài báo được xuất bản trong ấn bản đặc biệt của Thiên văn học & Vật lý thiên văn.
Điều đó có nghĩa là tập dữ liệu về các siêu tân tinh gần đó lớn hơn nhiều lần so với các mẫu tương tự trước đây. Đây là một bước phát triển quan trọng trong quá trình hiểu biết của chúng ta về vòng đời của các ngôi sao có khối lượng tương tự như mặt trời, tạo ra các sao lùn trắng khi chúng chết. Hiểu biết sâu hơn về các siêu tân tinh loại Ia có thể giúp giải quyết bí ẩn về năng lượng tối — lực kỳ lạ khiến vũ trụ giãn nở với tốc độ ngày càng nhanh.
Đó là bởi vì, trong ba thập kỷ, những tàn tích sao phát nổ này đã trở thành một phần không thể thiếu trong phép đo khoảng cách vũ trụ. Tìm hiểu về sự đa dạng của chúng có thể giúp các nhà thiên văn học so sánh các siêu tân tinh này với nhau, qua đó cải thiện hiểu biết của chúng ta về năng lượng tối.
"Sự đa dạng về cách các ngôi sao lùn trắng có thể phát nổ lớn hơn nhiều so với dự kiến trước đây, dẫn đến các vụ nổ từ mờ nhạt đến mức hầu như không nhìn thấy được đối với những vụ nổ khác đủ sáng để có thể nhìn thấy trong nhiều tháng đến nhiều năm sau đó", trưởng nhóm Kate Maguire của Trinity College Dublin cho biết trong một tuyên bố.
"Nhờ khả năng quét bầu trời nhanh chóng và sâu sắc độc đáo của ZTF, người ta có thể phát hiện ra những vụ nổ mới của các ngôi sao mờ hơn tới một triệu lần so với những ngôi sao mờ nhất có thể nhìn thấy bằng mắt thường."
Sao lùn trắng phát nổ như thế nào!
Sao lùn trắng được sinh ra khi các ngôi sao xung quanh khối lượng của mặt trời cạn kiệt hydro trong lõi của chúng. Sự kết thúc của phản ứng tổng hợp hydro thành heli cũng cắt đứt năng lượng bên ngoài hỗ trợ các ngôi sao chống lại lực đẩy vào bên trong của lực hấp dẫn của chính chúng.Lõi sụp đổ khi các lớp bên ngoài của các ngôi sao bị bong ra. Điều này để lại một lõi sao đang âm ỉ cháy, hay sao lùn trắng, được bao quanh bởi một đám mây vật chất cũ của sao đang lan rộng.
Khi mặt trời trải qua quá trình này trong khoảng 5 tỷ năm, nó sẽ dành phần còn lại của sự tồn tại như một sao lùn trắng cô đơn, nhưng không phải tất cả những ngôi sao đã chết này đều có cuộc sống cô đơn như vậy sau khi chết.
Khoảng 50% các ngôi sao có khối lượng xấp xỉ khối lượng mặt trời tồn tại trong một hệ sao đôi với một ngôi sao khác. Điều đó có nghĩa là rất nhiều sao lùn trắng cũng tồn tại trong các sao đôi.
Kết quả chính của nghiên cứu của nhóm là xác nhận rằng có nhiều cách kỳ lạ mà sao lùn trắng có thể phát nổ, và các quá trình này liên quan đến các sao đôi đối tác của những ngôi sao chết này.
Khi hai ngôi sao giống mặt trời tồn tại trong cùng một hệ sao đôi vì chúng được hình thành gần như cùng thời điểm từ cùng một đám mây khí đang sụp đổ và bụi, thật tự nhiên khi mong đợi cả hai ngôi sao tiến hóa thành sao lùn trắng vào cùng thời điểm.
Điều này tạo ra một hệ sao đôi với hai sao lùn trắng quay quanh nhau. Dần dần, những tàn dư sao này tiến lại gần nhau hơn cho đến khi chúng va chạm và hợp nhất. Điều này có thể kích hoạt siêu tân tinh theo hai cách.
Đầu tiên, bản thân vụ va chạm có thể tạo ra một sao lùn trắng lớn hơn và một siêu tân tinh loại Ia. Mặt khác, tàn dư sao mà điều này tạo ra có thể sinh ra một tàn dư 'con' có khối lượng gấp 1,4 lần khối lượng của mặt trời. Khối lượng đó có ý nghĩa quan trọng vì nó là giới hạn Chandrasekhar, mà tại đó một ngôi sao có thể phát nổ trong siêu tân tinh sụp đổ lõi và tạo ra một ngôi sao neutron.
Nếu một sao lùn trắng nằm trong hệ sao đôi với một ngôi sao dãy chính "bình thường" chưa biến đổi thành sao lùn trắng hoặc sao neutron, thì nó cũng có một con đường để "phát nổ sao mới".
Nếu sao lùn trắng và ngôi sao đồng hành của nó đủ gần, hoặc nếu ngôi sao dãy chính bước vào giai đoạn "sao khổng lồ đỏ" và phình to lên, thì tàn dư của sao có thể kéo vật chất từ ngôi sao đồng hành của nó. Việc nuôi dưỡng sao hút máu tiếp tục cho đến khi khối lượng được tặng đẩy khối lượng của sao lùn trắng vượt quá giới hạn Chandrasekhar, kích hoạt siêu tân tinh loại Ia thường xóa sổ sao lùn trắng.
Có những trường hợp hiếm hoi khi sao lùn trắng không bị phá hủy trong siêu tân tinh như vậy sau một đợt ăn quá mức mà bị biến đổi thành một "ngôi sao thây ma" bị tàn phá. Những sự kiện này được gọi là siêu tân tinh loại Iax.
Cụ thể, siêu tân tinh loại Ia hữu ích cho các nhà thiên văn học vì đầu ra ánh sáng tiêu chuẩn của chúng có nghĩa là chúng có thể được sử dụng để đo khoảng cách vũ trụ. Được gọi là "nến chuẩn", điều này có nghĩa là siêu tân tinh loại Ia có thể được sử dụng để theo dõi sự tăng tốc của quá trình giãn nở của vũ trụ do năng lượng tối gây ra. Trên thực tế, chính những quan sát về siêu tân tinh loại Ia đã dẫn đến việc phát hiện ra năng lượng tối vào năm 1998.
Sẽ rất phù hợp nếu nghiên cứu như thế này về các sao lùn trắng phát nổ giúp chuẩn hóa các siêu tân tinh này, do đó hỗ trợ các nhà nghiên cứu cuối cùng giải quyết được bí ẩn đã tồn tại hơn 26 năm này.
Tuy nhiên, để sử dụng siêu tân tinh loại Ia theo cách này và thăm dò năng lượng tối, điều quan trọng đối với các nhà nghiên cứu là hiểu cách các sự kiện này có thể thay đổi. Hãy tham gia nhóm các nhà thiên văn học này và ZTF.
Khi nhóm khám phá ra sự đa dạng của các sự kiện siêu tân tinh loại Ia, họ đã tiết lộ các quần thể phụ và các vật thể cực đoan có thể được sử dụng để thăm dò sự giống nhau về đặc điểm hoặc "tính đồng nhất" của các siêu tân tinh trong mẫu của họ.
Các nhà nghiên cứu cũng có thể thăm dò cách các siêu tân tinh loại Ia thay đổi tùy theo môi trường mà chúng phun trào. Cụ thể, khu vực này có chứa đầy các ngôi sao trẻ hay già, hay nó chứa đầy bụi hoặc khí liên sao được tách ra từ một ngôi sao đồng hành?
Điều này dẫn đến việc họ tinh chỉnh những siêu tân tinh nào giống nhau nhất và do đó nên được sử dụng để tính toán khoảng cách vũ trụ.
Những câu chuyện liên quan:
— Ngay trước khi phát nổ, ngôi sao này đã phun ra khối lượng tương đương với khối lượng của một mặt trời
— Những tàn dư kỳ lạ của vụ nổ siêu tân tinh có thể chứa một ngôi sao siêu đặc
— Nhìn vào bên trong tàn tích của một siêu tân tinh 800 năm tuổi và thấy một ngôi sao 'zombie'
"Trong năm năm qua, một nhóm gồm ba mươi chuyên gia từ khắp nơi trên thế giới đã thu thập, biên soạn, lắp ráp và phân tích những dữ liệu này. Hiện chúng tôi đang công bố chúng cho toàn thể cộng đồng", Mickael Rigault, nhà nghiên cứu tại Institut des deux Infinis de Lyon và là trưởng nhóm nhóm làm việc Khoa học vũ trụ học ZTF, cho biết trong một tuyên bố riêng.
"Mẫu này rất độc đáo về mặt kích thước và tính đồng nhất đến mức chúng tôi kỳ vọng nó sẽ tác động đáng kể đến lĩnh vực vũ trụ học siêu tân tinh và dẫn đến nhiều khám phá mới bổ sung ngoài các kết quả mà chúng tôi đã có đã xuất bản."
Những phát hiện này đã được công bố trong một loạt các bài báo được xuất bản trong ấn bản đặc biệt của Thiên văn học & Vật lý thiên văn.
