Nếu có một ngành khoa học nào ra đời sớm nhất trong lịch sử loài người thì chúng ta phải nhắc tới thiên văn học. Các quan sát đầu tiên về bầu trời đã xuất hiện cách đây hàng ngàn năm bởi những cư dân Lưỡng Hà, Ai Cập, Trung Quốc... Dựa trên một số tài liệu lịch sử, các nhà nghiên cứu đương đại đã biết vào năm 1006 người ta từng nhìn thấy một vụ nổ siêu sao cực lớn trên bầu trời. Sự kiện này được ghi nhận đồng thời ở nhiều nơi trên Trái Đất và nay để thuận tiện giới khoa học gọi nó là vụ nổ siêu sao SN1006 (chữ SN chỉ SuperNova: siêu sao mới). Theo mô tả thì đây là vụ nổ siêu sao tạo ra độ sáng lớn nhất mà con người từng quan sát được. Trong nghiên cứu mới nhất của các chuyên gia tại Đại học Barcelona, họ đã chứng minh rằng đó không đơn thuần là một vụ nổ siêu sao thông thường, mà là kết quả của va chạm cực lớn giữa hai ngôi sao.
Vụ nổ siêu sao (siêu tân tinh) thông thường
Như chúng ta đã biết, nhiên liệu cơ bản trên các ngôi sao trong vũ trụ giống như mặt Mặt Trời Hydro. Do hoạt động nhiệt hạch, các hạt nhân Hydro kết hợp với nhau tạo thành các hạt nhân Heli nặng hơn. Với những sao có khối lượng lớn, cụ thể là khối lượng của nó lớn hơn 1,4 lần khối lượng mặt trời, một chu trình khác sẽ xảy ra khi Heli tiếp tục phản ứng với các hạt nhân Hydro để tạo thành Carbon. Tiếp theo Oxy được sinh ra do sự kết hợp của Carbon và Heli. Tuy nhiên, trong chuỗi phản ứng cuối cùng ở trên, nó không tạo ra nhiều năng lượng. Hệ quả là khi đó áp suất bức xạ do các phản ứng hạt nhân tạo ra không đủ chống lại lực hấp dẫn của ngôi sao. Do đó, các phần tử cấu thành sao sẽ bị nén lại do lực hút hấp dẫn. Khi các hạt nhân bị nén lại đủ gần, chúng tiếp tục kết hợp với nhau trong chuỗi phản ứng mới cho tới khi sản phẩm cuối cùng tạo ra là sắt (Fe). Lúc ấy hoạt động hạt nhân trên ngôi sao sẽ dừng lại.
Bản chất của việc chuỗi phản ứng hạt nhân dừng lại có thể giải thích tương đối đơn giản như sau. Khi bạn tung một quả bóng trên mặt đất, nó luôn có xu hướng rơi trở lại chứ không bay lên cao. Nguyên nhân là do đâu? Tất nhiên là do lực hấp dẫn mà Trái Đất tạo ra, nhưng chúng ta hãy xem xét việc này trên phương diện toán học một chút. Trong trường hấp dẫn của Trái Đất, mặt đất là vị trí có thế năng cực tiểu và các độ cao khác có thế năng lớn hơn. Tự nhiên đã quy định, tất cả các hệ vật lý có thế năng lớn luôn có xu hướng chuyển dịch tới trạng thái có thế năng cực tiểu và khi ấy hệ sẽ trở lên bền vững. Do đó, quả bóng tung lên luôn có xu hướng rơi trở lại mặt đất để đạt trạng thái có thế năng nhỏ nhất.
Tương tự nếu chúng ta xem xét thành phần của các ngôi sao gồm các hạt nhân Fe, khi đó ngôi sao ở trạng thái năng lượng cực tiểu nên sẽ không xảy ra các phản ứng tiếp theo nữa. Câu chuyện giữa hấp dẫn và áp suất bức xạ lại được tiếp tục ở đây. Do không còn năng lượng tỏa ra từ các phản ứng tổng hợp hạt nhân, lực hấp dẫn nhanh chóng chiếm ưu thế so với áp suất bức xạ tạo ra trong quá trình tỏa nhiệt của phản ứng. Nó sẽ nén các lớp vỏ khí bên ngoài vào tâm ngôi sao. Lực nén mạnh tới mức nó ép các electron rơi vào các hạt nhân tích điện dương. Sự kết hợp giữa electron và proton sẽ tạo ra neutron. Sự nén tiếp tục khiến các neutron va chạm vào nhau và xếp chặt khít. Toàn bộ nhân ngôi sao lúc này trở nên rất cứng vì thế quá trình suy sụp bị dừng lại đột ngột. Khi bị chặn bởi nhân siêu cứng, lớp khí bên ngoài đang chuyển động với vận tốc lớn sẽ bị nung nóng tới nhiệt độ khổng lồ, cỡ 5x10^9 Kelvin. Kết quả là xảy ra một chuỗi phản ứng hạt nhân đồng thời để tạo ra một năng lượng cực lớn và phóng vật chất của ngôi sao vào vũ trụ, người ta gọi đó là một vụ nổ siêu sao mới (supernova)
Sự kiện SN1006
Các đế chế lớn trong quá khứ tất nhiên là những xã hội có trình độ khoa học tiên tiến so với phần còn lại bấy giờ. Vào năm 1006, những nhà chiêm tinh của Trung Quốc, Ai Cập, Iraq, Nhật và Thụy Sỹ đã cùng ghi nhận một ngôi sao rất sáng khi họ hướng ánh mắt vào vũ trụ bao la. Theo mô tả của nhà triết học Ai Cập Ali ibn Ridwan thì độ sáng mà ông nhìn thấy lớn gấp 3 lần của sao Kim và nó tương đương 1/4 độ sáng của Mặt Trăng (đánh giá tương đối dựa vào mắt thường).
Cho tới nay thì các nhà thiên văn học giải thích hiện tượng mà những người tiền nhiệm thấy là do kết quả của một vụ nổ siêu sao xảy ra tại chòm sao Lupus. Vì có nhất nhiều vụ nổ siêu sao như vậy được ghi nhận nên người ta đặt cho chúng các kí hiệu để phân biệt. Vụ nổ quan sát thấy vào năm 1006 được đánh số hiệu SN1006 theo tên ngôi sao tương ứng. Theo tính toán thì khoảng cách giữa Trái Đất và SN1006 vào khoảng 7200 năm ánh sáng. Tức là thực tế vụ nổ thực sự đã diễn ra cách thời điểm mà con người quan sát thấy 7200 năm, khi ấy ánh sáng nó phát ra mới truyền qua một khoảng cách dài như vậy.
Giả thuyết mới về vụ nổ SN1006
Thông thường các vụ nổ siêu sao diễn ra như mô tả ở trên với một ngôi sao đơn. Nhưng trong công trình mới đây của Đại học Barcelona, các nhà thiên văn học cho biết những gì mà người xưa quan sát được vào năm 1006 có thể không đơn thuần là quá trình tiến triển thông thường của một vụ nổ siêu sao. Họ đã đặt ra những giả thuyết về hiện tượng này. Thứ nhất vụ nổ SN1006 có thể xảy ra trên một hệ sao đôi quay quanh nhau. Trong đó có một ngôi sao lùn trắng (một kiểu kết thúc của các ngôi sao có khối lượng nhỏ hơn 1,4 lần khối lượng Mặt Trời, Tinhte.vn sẽ mô tả cụ thể nó hình thành thế nào trong một bài giới thiệu khác) và một ngôi sao thông thường với khối lượng lớn hơn 1,4 lần khối lượng Mặt Trời. Vụ nổ xảy ra do quá trình tiến triển của ngôi sao lớn khi nó kết thúc chuỗi chu trình hạt nhân. Giả thuyết thứ hai là vụ nổ xảy ra do sự và chạm của hai ngôi sao lùn trắng.
Nếu giả thuyết thứ nhất là đúng, thì người ta phải tìm thấy các dấu hiệu tàn dư của vụ nổ siêu sao ở ngôi sao lùn trắng đồng hành với ngôi sao bị nổ. Trong khi đó nếu giả thuyết thứ hai là chính xác, thì vụ nổ sẽ xóa sạch mọi dấu tích về hai ngôi sao trong va chạm.
Để kiểm tra xem lời giải nào là đúng đắn, nhóm nghiên cứu đã sử dụng máy quang phổ độ phân giải cao UVES được lắp đặt trên các kính thiên văn VLT với đường kính lên tới 8 mét đặt ở Đài thiên văn phương nam của Châu Âu (ESO, trên một đỉnh núi nằm ở Chile). Các phân tích phổ kỹ lưỡng khi họ hướng các kính thiên văn về phía vị trí của vụ nổ SN1006 đã không cho thấy bất kỳ dấu hiệu nào liên quan tới sự tồn tại của một sao đồng hành còn sót lại trong vụ nổ đó. Như vậy giả thuyết thứ nhất hoàn toàn bị loại trừ. Nói cách khác SN1006 xảy ra do va chạm của hai ngôi sao khi chúng tiến lại gần nhau. Vụ nổ đã tạo ra một vùng ánh sáng có cường độ lớn tới mức con người trên Trái Đất có thể quan sát rõ ràng hiện tượng này ngay cả khi nó diễn ra cách đó 7200 năm ánh sáng.
Quảng cáo
Đây không phải là lần đầu tiên các nhà khoa học tại Đại học Barcelona đạt được những thành tựu như trên trong nghiên cứu các vụ nổ siêu sao trong vũ trụ. Vào năm 2004, nhóm chuyên gia ở đây đã từng giải mã vụ nổ siêu sao SN1572. Khác với SN1006, vụ nổ SN1572 của siêu sao Tycho để lại những tàn dư trên sao đồng hành. Nhóm nghiên cứu đã tìm được bằng chứng về sự tồn tại của các tàn dư này khi họ phát hiện ra một ngôi sao có kích cỡ và nhiệt độ tương đương Mặt Trời ở gần tâm vụ nổ đó.
Được biết, với những kết quả xuất sắc trong nghiên cứu vừa qua, công trình của các nhà khoa học tại đại học Barcelona đã được đăng tải trên một bài báo của tạp chí danh tiếng Nature.
Theo: Universidad de Barcelona
