Tìm Hiểu Sự Hình Thành Của Các Ngôi Sao

Xin chào các bạn, mình là một ngôi sao nhỏ bé giữa thiên hà bao la, lung linh và đầy bí ẩn thú vị. Các bạn có biết mình được hình thành như thế nào không? Các bạn có muốn biết ánh sáng trên bầu trời đêm kia từ đâu phát ra không? Mời bạn cùng mình quay ngược thời gian để khám phá những điều thú vị này nhé.

1. Sự Hình Thành Của Ngôi Sao Đầu Tiên Trong Vũ Trụ

Thoát thai từ những đám khí khổng lồ, đầy ắp năng lượng tối, những hạt vật chất đã tụ lại, hình thành ngôi sao đầu tiên. Từ đó, ánh sáng chói lòa đã trải ra khắp vũ trụ, sau thời gian dài chìm trong màn tối mịt mùng kể từ vụ nổ Big Bang...

Đó là miêu tả của các nhà vật lý về sự hình thành ngôi sao đầu tiên. Tuy nhiên, chỉ như vậy thì người ta vẫn chưa hiểu ngôi sao này có hình thù thế nào. Nay, một nhóm nghiên cứu thuộc Đại học California (Mỹ) đã phát triển phần mềm để dựng nên ngôi sao đầu tiên. Những chuyên gia này chỉ ra rằng, ngôi sao đầu tiên được hình thành từ một sự bùng nổ do lực hấp dẫn giữa các đám mây Hydro và Helium khổng lồ. Theo tính toán, hiện tượng cô đặc vật chất (do lực hấp dẫn) xuất hiện đầu tiên trong trung tâm của đám mây, tạo ra một mặt trời nhỏ. Rồi mặt trời này cứ lớn lên dần bằng cách hút vật chất từ đám mây. Dựa vào mô hình này, nhóm khoa học đã phác ra ngôi sao đầu tiên với khối lượng khổng lồ - gấp 100 lần mặt trời.

2. Vậy Ngôi Sao Là Gì?

Ngôi sao là những quả cầu khí phóng (Thành phần chủ yếu là khí Hidro và Heli) ra năng lượng (phát sáng) tạo ra bởi những phản ứng hạt nhân trong lõi của nó. Hầu hết những ngôi sao đều có cấu tạo giống như là mặt trời - ngôi sao gần chúng ta nhất. Do các ngôi sao cách xa chúng ta quá xa, nên với mắt thường, chúng trông chỉ như một chấm sáng nhỏ thôi. Trong khắp thiên hà hiện nay, quá trình hình thành, phát triển và hủy diệt của các ngôi sao vẫn xảy ra liên tục. Việc nghiên cứu chúng giúp các nhà thiên văn có thể xây dựng một hình ảnh đầy đủ về việc chúng thay đổi như thế nào theo thời gian và từ đó hiểu hơn về quá khứ và cũng có thể tiên đoán được tương lai của các ngôi sao và cả mặt trời của chúng ta, cũng như của cả vũ trụ sẽ ra sao.

3. Ngôi Sao Phát Sáng Như Thế Nào?

Ngôi sao được tạo thành từ những đám mây bụi khí khổng lồ trong không gian, gọi là tinh vân (nebula). Tinh vân có khuynh hướng co rút lại về tâm do tác động của chính trọng lực của nó, tạo thành một cái Phôi sao -Protostar (hình thái đầu tiên của sao). Cuối cùng, khi nhiệt độ và tỷ trọng của lượng khí ở tâm của phôi sao dần tăng cao, các phản ứng hạt nhân bắt đầu hình thành, Phôi sao chuyển trạng thái và bắt đầu trở thành một ngôi sao thực sự như ta thấy, hay còn gọi là Sao Mới, nó tự tạo ra nhiệt năng và ánh sáng cho bản thân. Lúc đó ngôi sao mới được xem là thực sự bắt đầu quá trình tồn tại của nó (Main Sequence Star). Việc tồn tại ở trạng thái này lâu như thế nào, và cái gì sẽ xảy ra kế tiếp với ngôi sao này là tùy thuộc hoàn toàn vào khối lượng của nó.

4. Sao Lớn (Massive Star)

Một ngôi sao mới có khối lượng lớn hơn 10 lần khối lượng mặt trời thường phải trải qua quá trình sau trước khi có một kết thúc đặc biệt. Đầu tiên, nó tự phồng lên thành một khối đỏ rực có kích thước siêu khổng lồ và phát ra ánh sáng (Red SuperGiant), với lớp vỏ bên ngoài thì mát dần và giãn ra liên tục. Cuối cùng nhân của nó sụp đổ tạo nên một vụ nổ vĩ đại, trạng thái lúc này gọi là trạng thái Siêu tân tinh (Supernova) hay sao mới hình thành. Vài tuần sau, siêu tân tinh sẽ phát sáng với độ sáng như là cả một thiên hà. Trong khi lớp ngoài của ngôi sao tung rắc khắp trong không gian thì số phận của lõi một lần nữa lại phụ thuộc vào khối lượng của nó. Lõi nào có khối lượng thấp sẽ bị ép thành một ngôi sao có đường kính nhỏ, và có cấu tạo đặc, gọi là Sao Nơ-tron (Neutron Star). Nếu khối lượng lõi lớn bằng 2 lần khối lượng của mặt trời thì trọng lượng của nó sẽ nén nó mạnh hơn nữa, hình thành nên lỗ đen (Black hole).

5. Sao Nhỏ (Small Star)

Sao nào có khối lượng cỡ như mặt trời thì sẽ trải qua một quá trình "lặng lẽ" hơn sao lớn. Nó cũng tự phồng lên thành một khối đỏ rực và khổng lồ có kích thước nhỏ hơn (Red Giant). Sau đó nó đánh mất dần lớp vỏ ngoài đi, phần mất đi đó tạo nên một lớp vỏ khí cho nó, ta gọi trạng thái của ngôi sao này là một tinh vân hành tinh (Planetary Nebula). Còn lõi của nó bị lộ ra chuyển thành một khối cầu nóng có màu trắng gọi là sao lùn trắng (White Draft) với tỷ trọng cực lớn. Bạn hãy hình dung với một vật có kích thước cỡ hạt đậu vàng trên Sao lùn trắng có thể nặng đến khoảng 1000kg. Và khối cầu này sẽ nguội và nhạt dần đi trong hàng tỉ năm sau (giai đoạn lúc này nó được gọi là Cooling White Draft). Và khi ngừng phát ra ánh sáng, nó sẽ trở thành một khối cầu đen (Black Draft). Ngôi sao nhỏ có khối lượng tối thiểu bằng 1/10 khối lượng mặt trời, có thể tồn tại khoảng 100 tỉ năm hoặc hơn nữa, trong khi hầu hết sao khổng lồ tự cháy hết chỉ sau vài triệu năm. Mặt trời hình thành từ khoảng 5000 triệu năm trước, và đến giờ nó chỉ mới "sống" hết có nửa đời của nó.

6. Gia Đình Sao

Những ngôi sao xem vậy chứ không hề đơn giản, chúng thường xuất hiện trong một nhóm gồm 2 hay 3 sao, đôi khi là vô số sao và độ sáng của chúng có thể thay đổi theo một chu kỳ...

Sao đôi và sao hỗn hợp (Double and Multiple Stars)

Khi quan sát sao bằng ống nhòm hoặc kính viễn vọng, bạn sẽ thấy rất nhiều ngôi sao thường có "bạn đồng hành" với chúng (dĩ nhiên cũng là một ngôi sao rồi). Đôi khi có thể ngôi sao đồng hành kia chẳng có một mối liên hệ gì về vị trí cả, ta gọi chúng là sao đôi thị giác (Optical Double Stars).

Nhưng hầu hết chúng đều nằm cận nhau trong không gian cả, tạo thành một đôi gọi là sao nhị phân (Binary Star). Trong sao nhị phân, sao nào sáng hơn ta gọi là sao sơ cấp, còn sao nào mờ hơn ta gọi là sao thứ cấp (phụ). Dưới tác động của trọng lực, chúng cùng chuyển động quanh một quỹ đạo với tâm của quỹ đạo phụ thuộc vào khối lượng của cả hai.

Cung sao

Hầu hết các ngôi sao đều là một phần của một nhóm sao hay một cung sao nào đó hơn là đứng độc lập một mình. Có 2 loại cung sao khác biệt nhau, thứ nhất là cung sao mở (Open Cluster), đây là loại thông thường, chúng không có hình dạng gì đặc biệt cả, thường nằm rải rác trong khắp thiên hà ở phần đuôi xoắn của thiên hà, và quy tụ hàng chục đến hàng trăm ngôi sao trẻ. Loại thứ hai là Cung sao cầu (Globular Cluster) là cung sao thường nằm ở vùng quầng bao quanh thiên hà, có dạng hình cầu hoặc elip và chứa rất nhiều sao già.

Sao biến đổi (Variable Stars) (Vì các ngôi sao trông lấp lánh).

Chúng được gọi là sao biến đổi vì độ sáng của chúng thay đổi theo thời gian. Có thể xem như có 2 loại sao biến đổi. Thứ nhất: gần 20% những ngôi sao là sao nhị phân sáng mờ (Eclipsing Binary); chúng thường là một đôi nằm rất gần nhau, do phải chuyển động quanh một tâm nên chúng thường che khuất lẫn nhau (nếu chúng được nhìn từ một hướng), nên độ sáng của chúng sẽ thay đổi khi đến với trái đất chúng ta.
Thứ hai: còn lại gần như toàn bộ các ngôi sao khác đều có độ sáng thay đổi do sự thay đổi kích thước của chúng, kích thước này thay đổi như một dạng xung, co giãn liên tục. Người ta đã phát hiện ra các tia vũ trụ và nhiều bí mật khác của vũ trụ cũng chính là nhờ những xung do các loại này phát ra.

Các bạn ơi, các bạn có thấy vũ trụ của chúng ta tuyệt vời không? Chắc hẳn còn nhiều điều thú vị nữa đang đợi chúng ta khám phá, hãy cùng chia sẻ những điều thú vị này các bạn nhé!

Posted in: Câu Chuyện Ngôi Sao Đăng