Cái chết của ngôi sao trong "nghĩa địa vũ trụ" đã dự đoán số phận của Mặt trời: Đáng sợ!

Mới đây nhất, các nhà thiên văn học đã nghiên cứu được cách một ngôi sao chết đi ở trung tâm "nghĩa địa vũ trụ", nhằm giúp tiên đoán phần nào về số phận của Mặt trời chúng ta trong tương lai.

Cụ thể, theo thông tin từ Space , nhóm các nhà khoa học Đức đã quan sát và nghiên cứu được tàn dư sao, một sao lùn trắng, nằm ở trung tâm đám mây gồm mảnh vụn sao, khí và bụi mà các nhà thiên văn học gọi là tinh vân hành tinh.

Tinh vân hành tinh này nằm trong cụm sao mở Messier 37 - cụm sao sáng nhất và phong phú nhất trong chòm sao Ngự Phu, cách Trái đất khoảng 4.500 năm ánh sáng.

Tinh vân hành tinh là một loại tinh vân phát xạ bao gồm một lớp khí ion hóa đang giãn nở, phát sáng thoát ra từ các ngôi sao khổng lồ đỏ ở giai đoạn cuối đời của chúng.

Messier 37 là cụm sao sáng nhất và phong phú nhất trong chòm sao Ngự Phu.

Việc nghiên cứu sao lùn trắng này và môi trường xung quanh nó không chỉ có thể tiết lộ nguyên nhân nó chết như thế nào mà còn có thể giúp các nhà thiên văn học có cái nhìn thoáng qua về ngôi sao trung tâm của Hệ Mặt trời chúng ta sẽ trông như thế nào sau khoảng 5 tỷ năm nữa.

Đó là bởi vì, khi Mặt trời cạn kiệt nhiên liệu cho quá trình tổng hợp hạt nhân bên trong lõi của nó, nó sẽ phồng lên thành một sao khổng lồ đỏ. Các lớp bên ngoài phồng lên đó lớn đến nỗi có thể "nuốt chửng" các vệ tinh của Mặt trời, bao gồm cả Trái đất.

Sau đó, khi lớp vỏ vật chất sao của nó lan ra và nguội đi, Mặt trời sẽ trở thành một tinh vân hành tinh, và lõi của nó sẽ biến thành một sao lùn trắng mờ dần.

Messier 37 có hình con bướm là một cụm sao mở; các ngôi sao bên trong được cho là được sinh ra từ cùng một đám mây khí và bụi dày đặc, rộng lớn vào cùng một khoảng thời gian.

Điều đó có nghĩa là, bằng cách nghiên cứu một ngôi sao chết trong cụm này, các nhà khoa học có thể có được bức tranh rõ hơn về cách các ngôi sao cùng tuổi (nhưng có khối lượng khác nhau) tiến hóa và chết như thế nào.

Bằng cách này, các cụm sao mở đóng vai trò là phòng thí nghiệm vũ trụ hoàn hảo để kiểm tra các lý thuyết về sự tiến hóa của sao.

Những ngôi sao khổng lồ sống nhanh và chết trẻ

Cho đến nay, các nhà thiên văn học mới chỉ phát hiện ra ba cụm sao mở chứa tinh vân hành tinh; và những ngôi sao lùn trắng bị chôn vùi ở trung tâm của những nghĩa địa sao này chưa bao giờ được nghiên cứu.

Giáo sư, Tiến sĩ Klaus Werner, trưởng nhóm nghiên cứu và là giáo sư tại Đại học Tübingen (Đức), cho biết: "Các ngôi sao trong một cụm đều có cùng độ tuổi; điều đó có ý nghĩa đặc biệt đối với vật lý thiên văn.

Một ngôi sao càng nặng thì nó càng tiêu thụ nhiên liệu hạt nhân nhanh hơn bằng cách tổng hợp hydro thành heli. Vì vậy, tuổi thọ của nó ngắn hơn và nó tiến hóa thành sao lùn trắng nhanh hơn".

Cận cảnh tinh vân hành tinh trong cụm sao mở Messier 37 và sao lùn trắng ở trung tâm của nó. Ảnh: K. Werner và cộng sự

Một phần của quá trình tiến hóa sao vẫn chưa được giới thiên văn hiểu đầy đủ đó là tốc độ các ngôi sao mất khối lượng trước khi chạm vào giai đoạn sao lùn trắng, với mối quan hệ giữa khối lượng sinh ra và khối lượng chết đi của một ngôi sao được gọi là "mối quan hệ khối lượng ban đầu-cuối cùng".

Nói cách khác, khối lượng của sao lùn trắng có thể liên hệ trực tiếp với khối lượng của ngôi sao đã chết để tạo ra nó.

Những ngôi sao như Mặt trời của chúng ta chỉ mất gần một nửa khối lượng khi chúng tiến hóa thành sao lùn trắng.

GS. TS. Klaus Werner giải thích: "Những ngôi sao có khối lượng gấp 8 lần Mặt trời sẽ mất khoảng 80% khối lượng. Dữ liệu từ các sao lùn trắng rất trẻ đặc biệt có giá trị, vì đây là những ngôi sao trung tâm của tinh vân hành tinh".

Mặt trời sẽ ra sao?

Ông Klaus Werner nói thêm rằng chưa có ngôi sao trung tâm đã chết nào của tinh vân hành tinh được nghiên cứu trước đây vì chúng đều ở rất xa và giống như các sao lùn trắng, chúng cũng rất mờ nhạt.

Do đó, nhóm của ông đã khắc phục điều này bằng cách sử dụng một trong những kính thiên văn mặt đất lớn nhất hành tinh - Gran Telescopio Canarias trên đảo La Palma thuộc Quần đảo Canary - để quan sát kỹ lượng "nghĩa địa vũ trụ" ở cụm sao Messier 37.

Bằng những quan sát của kính thiên văn Gran Telescopio Canarias, nhóm các nhà khoa học Đức đã có những nghiên cứu về giai đoạn cuối đời của một ngôi sao tại cụm Messier 37. Ảnh: Daniel Lopez/IAC

Sau đó, họ đánh giá lượng ánh sáng phát ra của sao lùn trắng và xác định rằng nó hiện có khối lượng bằng khoảng 85% khối lượng Mặt trời. Điều này cho thấy ngôi sao chết đi để lại tàn dư sao này có khối lượng tương đương 2,8 lần khối lượng Mặt trời.

Theo GS. TS. Klaus Werner, điều đó cũng có nghĩa là ngôi sao đã mất đi 70% vật chất trong suốt cuộc đời của nó.

Ngoài ra, nhóm nghiên cứu còn có thể xác định thành phần hóa học của sao lùn trắng trong Messier 37 và nhận thấy bề mặt của nó thiếu hydro một cách kỳ lạ.

Điều này cho thấy nó đã tham gia vào một dạng sự kiện cực mạnh nào đó trong quá khứ, chẳng hạn như một vụ nổ nhiệt hạch hạt nhân ngắn ngủi.

Mặt trời của chúng ta sẽ thế nào sau khoảng 5 tỷ năm nữa?

Hiểu rõ hơn về mối quan hệ "khối lượng ban đầu và cuối cùng" là rất quan trọng để giải mã thời gian tồn tại của một ngôi sao (như Mặt trời của chúng ta) và liệu giai đoạn cuối cùng của nó sẽ là sao lùn trắng, sao neutron – hay có thể là lỗ đen.

Mối quan hệ này cũng có thể giúp xác định liệu một ngôi sao trong cơn hấp hối có tạo ra siêu tân tinh hay không, từ đó phát tán toàn bộ vật chất mà nó đã luyện ra trong suốt thời gian tồn tại của nó ra ngoài vũ trụ. Vật liệu đó sau đó sẽ trở thành khối xây dựng cho thế hệ sao tiếp theo.

Klaus Werner kết luận: "Các thế hệ sao mới được hình thành từ vật chất phóng ra, được làm giàu bằng các nguyên tố nặng là sản phẩm của phản ứng hạt nhân. Đây là điều mà sự tiến hóa hóa học của các thiên hà – và cuối cùng là toàn bộ vũ trụ – phụ thuộc vào."

Nghiên cứu của nhóm GS. TS. Klaus Werner được công bố vào ngày 11/10/2023 trên tạp chí Thiên văn học & Vật lý thiên văn.

Nguồn: Space