Vòng đời của ngôi sao: Cách một ngôi sao kết thúc cuộc đời nó phụ thuộc vào khối lượng của lõi

Giới thiệu

Ngôi sao là một trong những thành phần cơ bản của vũ trụ. Chúng không chỉ tạo nên các thiên hà, mà nhiều ngôi sao còn đủ lớn để chứa các hệ thống hành tinh – chẳng hạn như Hệ Mặt trời của chúng ta. Vì vậy, hiểu được sự hình thành và tiến hóa của sao mang lại manh mối quan trọng để hiểu các thiên hà, hành tinh và cả vũ trụ rộng lớn. Mặt trời là một ví dụ điển hình nhất về ngôi sao trong vũ trụ. Đây cũng là đối tượng nghiên cứu gần gũi nhất, nằm cách Trái đất không xa (chỉ 8 phút đường bay của ánh sáng).

Các nhà thiên văn học có một số vệ tinh nghiên cứu về Mặt trời, từ đó họ biết được những điều cơ bản của vòng đời của một ngôi sao. Trong giới khoa học, vòng đời của ngôi sao được gọi là “Chuỗi chính” – biểu thị quá trình đốt cháy hydro trong lõi để tạo ra helium. Để hiểu các ngôi sao phát triển như thế nào, các nhà thiên văn học phải biết những loại sao nào đang tồn tại. Tiếp đến, chúng ta cùng nhau tìm hiểu về các loại sao trong vũ trụ nhé.

Cách phân loại sao

Các nhà thiên văn học sắp xếp các ngôi sao dựa vào các đặc điểm sau: nhiệt độ, khối lượng, thành phần hóa học, v.v. Nhưng nhìn chung, các ngôi sao được xếp loại vào nhóm tuổi. Dựa trên nhiệt độ, độ sáng (độ chói), khối lượng và hóa học của nó, Mặt trời được phân loại là một ngôi sao trung niên đang trong giai đoạn “chuỗi chính”. Hầu như tất cả các ngôi sao dành phần lớn cuộc đời của nó cho “chuỗi chính”. Chỉ khi chết đi, chúng sẽ hoá thân thành loại sao khác, tuỳ vào một vài yếu tố khác nữa.

Quá trình “chuỗi chính” của một ngôi sao

Định nghĩa cơ bản về “chuỗi chính” – hay còn gọi là vòng đời của một ngôi sao có thể tóm gọn lại như sau: đây là quá trình hợp nhất hydro với heli trong lõi của sao. Hydro là khối xây dựng cơ bản của các ngôi sao. Sau đó, nó sử dụng hydro để tạo ra các yếu tố khác. Khi một ngôi sao hình thành, một đám mây khí hydro bắt đầu co lại, nén chặt dưới lực hấp dẫn. Điều này tạo ra một protostar dày đặc, nóng ở trung tâm của đám mây. Đây trở thành lõi của ngôi sao.

Nhiệt độ trong lõi tăng dần, đạt tới mức ít nhất là 8 đến 10 triệu độ C. Các lớp bên ngoài của protostar sẽ nén chặt thêm vào phần lõi. Sự kết hợp giữa nhiệt độ và áp suất này bắt đầu một quá trình gọi là phản ứng tổng hợp hạt nhân – điểm khởi đầu cho một ngôi sao. Một thời gian sau, ngôi sao bắt đầu ổn định và đạt đến trạng thái gọi là “trạng thái cân bằng thủy tĩnh” – khi áp suất bức xạ từ bên ngoài được cân bằng bởi lực hấp dẫn từ lõi của nó. Lúc này, ngôi sao bắt đầu các chuỗi phản ứng hạt nhân trong lõi của nó, biến đổi hydro thành heli.

Tiếp tục vòng đời của mình

Khối lượng đóng vai trò quan trọng trong việc xác định các đặc điểm vật lý của một ngôi sao nhất định. Nó cũng xác định việc ngôi sao sẽ sống được bao lâu và nó sẽ chết như thế nào.

Khối lượng của ngôi sao càng lớn, áp suất trong lõi càng lớn, nhiệt độ càng cao và do đó tốc độ hợp hạch càng lớn. Điều đó quyết định một ngôi sao sẽ sử dụng hết nhiên liệu của nó nhanh như thế nào. Một ngôi sao rất lớn sẽ hợp nhất dự trữ hydro của nó nhanh hơn. Và điều này góp phần “đốt cháy” vòng đời của nó nhanh hơn một ngôi sao có khối lượng thấp hơn, sử dụng nhiên liệu của nóít hơn.

Rời khỏi quá trình “Chuỗi chính” – giai đoạn cuối của vòng đời một ngôi sao

Khi các ngôi sao hết hydro, chúng bắt đầu hợp nhất helium trong lõi của chúng. Đây chính là khởi đầu của giai đoạn cuối đời của nó. Những ngôi sao có khối lượng lớn trở thành Siêu sao khổng lồ đỏ (Red Supergiant – chuyển heli thành carbon và oxy), và sau đó tiến hóa thành Siêu sao khổng lồ xanh (Blue Supergiant).

Về cơ bản, ở giai đoạn này ngôi sao trở thành một nhà máy sản xuất hóa chất, sự hợp nhất xảy ra không chỉ ở lõi, mà còn ở các lớp bao quanh lõi. Cuối cùng, một ngôi sao có khối lượng rất cao cố gắng nung chảy sắt ở lõi của nó. Chỉ những ngôi sao có lõi rất lớn mới đủ năng lượng để nung chảy sắt. Nhưng vì đã cạn kiệt năng lượng nên quá trình này sẽ đột nhiên bị dừng lại.

Ngay lúc này, các lớp bên ngoài của ngôi sao sụp đổ trên lõi. Nó xảy ra khá nhanh. Các cạnh bên ngoài của lõi rơi vào đầu tiên, với tốc độ đáng kinh ngạc khoảng 70.000 mét mỗi giây. Khi nó chạm vào lõi sắt, tất cả bắt đầu bật ra và điều đó tạo ra một sóng xung kích xuyên qua ngôi sao trong vài giờ. Trong quá trình này, các nguyên tố mới, nặng hơn được tạo ra khi nó được bắn qua lớp vỏ của ngôi sao với tốc độ và áp suất cao. Đây được gọi là Siêu tân tinh. Cuối cùng, các lớp bên ngoài nổ tứ phía ra ngoài vũ trụ, và phần còn lại là lõi sẽ co cụm lại, biến nó trở thành một Sao neutron hoặc Hố đen.

Điều gì xảy ra khi các ngôi sao nhỏ hơn chết?

Ở giai đoạn cuối đời, các ngôi sao có khối lượng trong khoảng bằng 0.5 tới 8 lần khối lượng Mặt trời sẽ hợp nhất hydro thành heli cho đến khi cạn nhiên liệu. Tại thời điểm đó, ngôi sao trở thành một Sao khổng lồ đỏ. Khi gần tới điểm chết, nó sẽ ngả dần sang màu vàng. Khi hầu hết helium được hợp nhất, ngôi sao lại trở thành một Sao khổng lồ đỏ, thậm chí còn lớn hơn trước. Các lớp bên ngoài của ngôi sao mở rộng ra không gian, tạo ra một tinh vân hành tinh. Lõi của carbon và oxy sẽ hoá thành dạng Sao lùn trắng.

Các ngôi sao nhỏ hơn 0,5 khối lượng Mặt trời cũng sẽ tạo thành các Sao lùn trắng, nhưng chúng sẽ không thể hợp nhất heli do thiếu áp lực trong lõi. Do đó, những ngôi sao này được gọi là sao lùn trắng heli.

Kết luận

Để tổng kết lại những gì chúng ta cần biết về vòng đời của một ngôi sao, chúng ta có thể hiểu như sau:

  • Vòng đời của ngôi sao bắt đầu khi nó bước vào quá trình phản ứng hạt nhân ở lõi, biến hydro thành heli – được gọi là Chuỗi chính
  • Tuỳ vào khối lượng của lõi, sau khi cạn kiệt năng lượng, ngôi sao đó sẽ biến thành:
    1. Siêu sao khổng lồ đỏ – Siêu sao khổng lồ xanh (Khi nó có khối lượng gấp hàng chục lần Mặt trời)
    2. Sao khổng lồ đỏ – Sao lùn trắng – Sao Neutron – Hố đen vũ trụ (Khi nó có khối lượng bằng 0.5 tới khoảng 8 lần Mặt trời)
    3. Sao lùn heli (Khi ngôi sao này nhẹ hơn 0.5 lần Mặt trời)
  • Ở giai đoạn cuối đời, tuy các trạng thái của nó được gọi là “sao”, nhưng bản chất thiên thể này không còn là một ngôi sao nữa, vì lõi của nó đã ngừng hoạt động.

Đọc thêm:

Domin Võ

Dành ra 12 tiếng/ngày cho công việc tẻ nhạt ở ngân hàng, 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! Nếu các bạn phát hiện sai sót gì trong bài, có thể liên hệ với anh ấy qua Facebook bên dưới. Hoặc nếu bạn muốn trò chuyện về Khoa học, hãy kết bạn luôn nào <3

Related Articles

Back to top button

Adblock Detected

Please consider supporting us by disabling your ad blocker