Cách đo khối lượng ngôi sao: Làm thế nào để “cân” một thiên thể mà không cần phải chạm tới nó?

Gần như mọi thứ trong vũ trụ đều có khối lượng, từ các nguyên tử và các hạt hạ nguyên tử (như các hạt được nghiên cứu bởi Máy va chạm Hadron lớn) đến các cụm thiên hà khổng lồ. Thứ duy nhất các nhà khoa học biết về cho đến nay không có khối lượng là photon và gluon.

Khối lượng rất quan trọng, nhưng các vật thể trên bầu trời quá xa, chúng ta không thể cầm nắm chạm sờ để cân được những thiên thể. Làm thế nào để các nhà thiên văn xác định khối lượng của các ngôi sao trong vũ trụ? Chúng ta sẽ tìm hiểu ở bài viết này.

Tại sao ta cần biết khối lượng của các vì sao?

Một ngôi sao điển hình có kích thước và khối lớn gấp nhiều lần một hành tinh điển hình. Tại sao chúng ta lại quan tâm đến khối lượng của nó? Thông tin đó rất quan trọng vì nó tiết lộ manh mối về quá khứ, tiến hóa, hiện tại và tương lai của một ngôi sao.

Các nhà thiên văn học có thể sử dụng một số phương pháp gián tiếp để xác định khối lượng sao. Một phương pháp, được gọi là thấu kính hấp dẫn, đo đường đi của ánh sáng bị bẻ cong bởi lực hấp dẫn của một vật thể gần đó. Mặc dù ánh sáng chỉ bị uốn một tẹo nhưng các phép đo trên vẫn cho chúng ta được con số khối lượng khá chính xác.

Các phép đo khối lượng sao điển hình

Phải đến thế kỷ 21, các nhà thiên văn học mới áp dụng thấu kính hấp dẫn để đo khối lượng sao. Trước đó, họ đã phải dựa vào các phép đo của các ngôi sao quay quanh một trung tâm khối lượng chung, được gọi là sao nhị phân. Tính toán khối lượng của các ngôi sao nhị phân (hai ngôi sao quay quanh một trọng tâm chung) khá dễ dàng đối với các nhà thiên văn học. Trong thực tế, những bài toán tính toán khối lượng sao nhị phân được đưa vào sách giáo khoa để giảng dạy cho học sinh.

Cách thức đo khối lượng ngôi sao bằng phương pháp sao nhị phân như sau:

Đầu tiên, họ đo quỹ đạo của tất cả các ngôi sao trong hệ thống. Họ cũng theo dõi tốc độ quỹ đạo của các ngôi sao và sau đó xác định thời gian một ngôi sao nhất định đi qua một quỹ đạo. Đó gọi là “chu kỳ quỹ đạo”. Sau khi biết tất cả thông tin đó, các nhà thiên văn học tiếp theo sẽ thực hiện một số tính toán để xác định khối lượng của các ngôi sao. Họ có thể sử dụng phương trình Vorbit = SQRT (GM / R) trong đó SQRT là “căn bậc hai” a, G là trọng lực, M là khối lượng và R là bán kính của vật thể.

Vì vậy, không cần phải chạm vào một ngôi sao, các nhà thiên văn học sử dụng toán học và các định luật vật lý đã biết để tìm ra khối lượng của nó. Tuy nhiên, họ không thể làm điều này cho mọi ngôi sao. Vẫn còn các phép đo khác giúp họ tìm ra khối lượng cho các ngôi sao không thuộc hệ nhị phân. Ví dụ, họ có thể sử dụng độ sáng và nhiệt độ. Các ngôi sao có độ sáng và nhiệt độ khác nhau có khối lượng rất khác nhau. Thông tin đó khi được vẽ trên biểu đồ, cho thấy các ngôi sao có thể được sắp xếp trên một thang đo nhiệt độ và độ sáng.

Những ngôi sao thực sự lớn là một trong những ngôi sao nóng nhất trong vũ trụ. Những ngôi sao có khối lượng nhỏ hơn, như Mặt trời, mát hơn so với những người anh em khổng lồ của nó. Biểu đồ về nhiệt độ, màu sắc và độ sáng của sao được gọi là Biểu đồ Hertzsprung-Russell. Theo định nghĩa, biểu này hiển thị khối lượng của một ngôi sao, tùy thuộc vào độ sáng của nó. Các nhà thiên văn học chỉ cần đo được độ sáng, sau đó dò trên bảng để tìm ra khối lượng ước lượng của ngôi sao.

Sự tiến hóa của các ngôi sao

Các nhà thiên văn học ngày nay đã ít nhiều hiểu được cách các ngôi sao được sinh ra, sống và chết. Đây được gọi là “Chuỗi chính” – còn được gọi là Vòng đời của một ngôi sao.

Theo đó, cách các ngôi sao chết đi sẽ phụ thuộc vào khối lượng của nó. Ngoài ra, sao càng lớn thì vòng đời của nó càng ngắn ngủi, bởi nó phải đốt nhiều năng lượng hơn để ngăn kháng lại trọng lực lõi của chính nó. Điều này dẫn đến việc nó nhanh hết nhiên liệu hydro hơn, và lúc đó, ngôi sao sẽ chết. Cũng nhờ vào khám phá này, các nhà thiên văn học cũng biết được khối lượng của ngôi sao giảm dần theo niên đại của nó. Do vậy, cân được khối lượng của sao giúp chúng ta biết được tuổi của nó.

Đọc thêm

Domin Võ

Dành ra 12 tiếng/ngày cho công việc tẻ nhạt ở công tỷ, chỉ khi viết bài cho Mingeek, anh ấy mới thật sự là chính mình. Anh muốn cho mọi người thấy rằng, khoa học không nhàm chán như trong SGK đâu!

Related Articles

Back to top button

Adblock Detected

Please consider supporting us by disabling your ad blocker