Siêu tân tinh là thứ có sức hủy diệt khủng khiếp nhất có thể xảy ra đối với những ngôi sao có khối lượng lớn hơn Mặt trời. Khi những vụ nổ thảm khốc này xảy ra, chúng giải phóng đủ ánh sáng để làm sáng hơn thiên hà nơi ngôi sao tồn tại. Đó chính là rất nhiều năng lượng được giải phóng dưới dạng ánh sáng nhìn thấy và các bức xạ khác! Chúng cũng có thể thổi bay các ngôi sao.
Có hai loại siêu tân tinh được biết đến. Mỗi loại đều có những đặc điểm và động lực riêng. Hãy cùng xem siêu tân tinh là gì và chúng xuất hiện như thế nào trong thiên hà.
Siêu tân tinh loại I
Để hiểu một siêu tân tinh, bạn cần phải biết một số điều về các ngôi sao. Chúng dành phần lớn cuộc đời để trải qua một giai đoạn hoạt động được gọi là trên Dãy chính (Main sequence). Nó bắt đầu khi phản ứng tổng hợp hạt nhân bốc cháy trong lõi sao. Nó kết thúc khi ngôi sao đã cạn kiệt hydro cần thiết để duy trì sự nhiệt hạch đó và bắt đầu hợp nhất các nguyên tố nặng hơn.
Khi một ngôi sao rời khỏi Dãy chính, khối lượng của nó sẽ quyết định điều gì xảy ra tiếp theo. Đối với siêu tân tinh loại I, xuất hiện trong hệ sao đôi, những ngôi sao có khối lượng gấp 1,4 lần Mặt trời của chúng ta trải qua một số giai đoạn. Chúng chuyển từ nung chảy hydro sang nung chảy heli. Tại thời điểm đó, lõi của ngôi sao không ở nhiệt độ đủ cao để nung chảy cacbon, và do đó nó đi vào giai đoạn siêu khổng lồ đỏ. Lớp vỏ bên ngoài của ngôi sao từ từ tan biến vào môi trường xung quanh và để lại một ngôi sao lùn trắng (lõi carbon/oxy còn sót lại của ngôi sao ban đầu) ở trung tâm của một tinh vân hành tinh.
Về cơ bản, sao lùn trắng có lực hấp dẫn mạnh thu hút vật chất từ bạn đồng hành của nó. “Vật chất sao” đó tập hợp thành một đĩa xung quanh sao lùn trắng, được gọi là đĩa bồi tụ. Khi vật chất tích tụ, nó rơi xuống ngôi sao. Điều đó làm tăng khối lượng của sao lùn trắng. Cuối cùng, khi khối lượng tăng lên khoảng 1,38 lần khối lượng Mặt trời của chúng ta, ngôi sao nổ ra trong một vụ nổ dữ dội được gọi là siêu tân tinh Loại I.
Có một số biến thể về chủ đề này, chẳng hạn như sự hợp nhất của hai sao lùn trắng (thay vì sự tích tụ vật chất từ một ngôi sao ở dãy chính lên ngôi sao đồng hành lùn của nó).
Siêu tân tinh loại II
Không giống như siêu tân tinh loại I, siêu tân tinh loại II xảy ra với những ngôi sao rất lớn. Khi một trong những con quái vật này đến cuối đời, mọi thứ sẽ diễn ra nhanh chóng. Trong khi các ngôi sao như Mặt trời của chúng ta sẽ không có đủ năng lượng trong lõi của chúng để duy trì phản ứng tổng hợp qua cacbon, thì những ngôi sao lớn hơn (khối lượng gấp tám lần Mặt trời của chúng ta) cuối cùng sẽ hợp nhất các nguyên tố đến tận sắt trong lõi. Phản ứng tổng hợp sắt tốn nhiều năng lượng hơn những gì mà ngôi sao có sẵn. Một khi một ngôi sao như vậy cố gắng nung chảy sắt, một kết cục thảm khốc là không thể tránh khỏi.
Một khi phản ứng tổng hợp kết thúc trong lõi, lõi sẽ co lại do trọng lực lớn và phần bên ngoài của ngôi sao “rơi” xuống lõi và bật lại để tạo ra một vụ nổ lớn. Tùy thuộc vào khối lượng của lõi, nó sẽ trở thành một ngôi sao neutron hoặc lỗ đen.
Nếu khối lượng của lõi bằng 1,4 đến 3,0 lần khối lượng của Mặt trời, lõi sẽ trở thành một ngôi sao neutron. Đây chỉ đơn giản là một quả cầu neutron lớn, được đóng gói rất chặt chẽ với nhau bởi lực hấp dẫn. Nó xảy ra khi lõi co lại và trải qua một quá trình được gọi là trung tính hóa. Đó là nơi các proton trong lõi va chạm với các electron năng lượng rất cao để tạo ra neutron. Khi điều này xảy ra, lõi cứng lại và gửi sóng xung kích qua vật liệu rơi xuống lõi. Vật chất bên ngoài của ngôi sao sau đó được đẩy ra môi trường xung quanh tạo ra siêu tân tinh. Tất cả những điều này xảy ra rất nhanh chóng.
Tạo ra một lỗ đen sao
Nếu khối lượng của lõi của ngôi sao sắp chết lớn hơn khối lượng của Mặt trời từ ba đến năm lần, thì lõi sẽ không thể chịu được lực hấp dẫn khổng lồ của chính nó và sẽ sụp đổ thành một lỗ đen. Quá trình này cũng sẽ tạo ra sóng xung kích đẩy vật chất vào môi trường xung quanh, tạo ra loại siêu tân tinh giống như kiểu vụ nổ tạo ra sao neutron.
Trong cả hai trường hợp, cho dù một ngôi sao neutron hay lỗ đen được tạo ra, thì lõi vẫn bị bỏ lại như là tàn tích của vụ nổ. Phần còn lại của ngôi sao bị thổi bay ra ngoài không gian, gieo vào không gian gần đó (và các tinh vân) với các nguyên tố nặng cần thiết cho sự hình thành của các ngôi sao và hành tinh khác.
Kết luận chính
- Siêu tân tinh có hai loại: Loại I và Loại II (với các loại phụ như Ia và IIa).
- Một vụ nổ siêu tân tinh thường thổi bay một ngôi sao, để lại một lõi khổng lồ.
- Một số vụ nổ siêu tân tinh dẫn đến việc tạo ra các lỗ đen có khối lượng sao.
- Những ngôi sao như Mặt trời KHÔNG chết dưới dạng siêu tân tinh.
By John P. Millis, Ph.D, Carolyn Collins Petersen.
