Supernova là gì?

Một ngôi sao có ánh sáng không đáng kể bỗng dưng bùng sáng cả một góc trời – rõ ràng là trước đó vài tiếng đồng hồ, nó không hề tồn tại, thế mà bây giờ lại sáng như một ngọn đèn pha.

Ngôi sao sáng rực đó không thực sự là một ngôi sao, ít nhất là cho tới lúc đó. Điểm sáng rực rỡ đó chính là một vụ nổ của một ngôi sao đang đi tới giai đoạn cuối của cuộc đời và được gọi là một vụ nổ siêu tân tinh (supernova).

Những vụ nổ supernova có thể sáng át cả một thiên hà trong một thời gian ngắn và bức xạ ra một lượng năng lượng lớn hơn toàn bộ năng lượng Mặt trời toả ra trong suốt thời gian tồn tại của mình.

Trung bình thì cứ 50 năm lại xẩy ra một vụ nổ supernova trong một thiên hà cỡ Milky Way. Nói một cách khác, cứ 1 giây thì lại có một ngôi sao phát nổ ở đâu đó trong toàn bộ vũ trụ.

Chính xác mà nói thì nguyên nhân để một ngôi sao phát nổ phụ thuộc vào khối lượng của nó. Ví dụ như Mặt trời của chúng ta không có đủ khối lượng để tạo ra một vụ nổ supernova. Mặc dầu vậy đây cũng không phải là một tin vui đối với Trái đất bởi vì một khi Mặt trời bị cạn kiệt nhiên liệu cho phản ứng hạt nhân của mình, nó sẽ trương nở thành một ngôi sao khổng lồ đỏ và chắc chắn sẽ làm hóa hơi toàn bộ thế giới của chúng ta trước khi co lại thành một ngôi sao lùn trắng.

Một ngôi sao có thể dẫn tới một vụ nổ supernova theo một trong hai cách sau đây:

Type I supernova: ngôi sao tích luỹ đủ vật chất từ một ngôi sao đồng hành cho tới khi phản ứng hạt nhân không thể kiểm soát được
Type II supernova: ngôi sao cạn kiệt nhiên liệu cho phán ứng hạt nhân và sụp đổ dưới tác động của trọng lực của chính nó.

Supernova Type II

Chúng ta hãy xét Supernova Type II trước. Một ngôi sao có thể kích hoạt được supernova Type II thì phải có khối lượng gấp một số lần khối lượng Mặt trời (ước lượng từ 8 tới 15 lần). Cũng giống như Mặt trời, ngôi sao cuối cùng sẽ cạn hết nhiên liêu, bắt đầu là hydro, sau đó là heli. Tuy nhiên, do có khối lượng lớn, ngôi sao vẫn duy trì được áp suất cao và do đó kích hoạt cacbon tham gia phản ứng hạt nhân. Tiếp đó các bước xẩy ra theo trình tự sau:

* Dần dần theo thời gian, những nguyên tố nặng hơn được tạo ra ở tâm ngôi sao và các nguyên tố này tạo thành từng lớp như các lớp áo của một củ hành với một trật tự là các nguyên tố nhẹ hơn nằm ở lớp ngoài.

* Một khi lõi của ngôi sao đạt được một khối lượng nào đó (giới hạn Chandrasekhar), ngôi sao bắt đầu đổ sụp (vì lý do này mà các vụ nổ sao Type II còn được gọi là supernova dạng lõi sụp đổ)

* Lõi của ngôi sao bị đốt nóng lên và chở lên đậm đặc hơn

* Cuối cùng sự sụp đổ của lõi sao bị đẩy bật ngược ra phía ngoài, làm tung toé vật chất của ngôi sao ra không gian xung quanh – đó chính là một vụ supernova.

Vật còn lại sau vụ nổ là một nhân siêu đậm đặc, đó chính là một ngôi sao neutron.

Có những phân nhóm của supernova Type II, việc phân loại dựa trên biểu đố ánh sáng của chúng. Ánh sáng của supernova phân nhóm Type II-L giảm liên tục sau khi vụ nổ xẩy ra, trong khi phân nhóm Type II-P thì ánh sáng duy tri được một thời gian trước khi suy giảm. Cả hai phân nhóm trên đều có dấu tích của hydro trong phổ ánh sáng.

Theo các nhà thiên văn học thì những ngôi sao có khối lượng lớn (cỡ 20 – 30 lần Mặt trời) có thể không kích hoạt các vụ nổ supernova mà chúng sụp đổ và hình thành trực tiếp các hố đen.

Supernova Type I

Các vụ nổ supernova Type I không có dấu hiệu của nguyên tố hydro trong phổ ánh sáng.

Các nhà khoa học cho rằng supernova Type I được hình thànhh từ một ngôi sao lùn trắng trong một hệ sao đôi. Khi ngôi sao lùn trắng hút khí từ người bạn đồng hành, bản thân nó chịu lực nén ép ngày càng tăng và cuối cùng áp suất cao đó kích hoạt phản ứng hạt nhân bên trong ngôi sao lùn và tạo ra vụ nổ supernova kinh hoàng trong vũ trụ.

Các nhà thiên văn học đã sử dụng các vụ nổ supernova Type Ia như những “cây nến chuẩn” trong việc đo khoảng cách trong vũ trụ bởi vì tất cả chúng (supernova type Ia) đều được cho là phát ra độ sáng tương đương tại điểm cực đại (điểm mà ánh sáng mạnh nhất).

Những vụ nổ supernova dạng Type I b và 1c cũng thuộc dạng nổ sao do lõi sụp đổ như dạng Type II, nhưng ở dạng 1b và 1c, các ngôi sao bị mất phần lớn vỏ hydro bên ngoài.

Những nghiên cứu gần đây cho thấy rằng các vụ nổ supernova cũng dao động giống như một cái loa khổng lồ và chúng phát ra âm thanh vo vo trước khi vụ nổ sao xẩy ra.

Năm ngoái, các nhà khoa học đã lần đầu tiên ghi nhận được một vụ nổ sao đang trong quá trình xẩy ra