Hành trình Khoa học, Không gian và Thời gian!
Các quan sát đang cho thấy sự mờ đi bất ngờ của ngôi sao siêu khổng lồ Betelgeuse rất có thể là do một lượng lớn vật chất nóng phóng vào không gian, tạo thành một đám mây bụi ngăn chặn ánh sáng sao chiếu ra từ bề mặt của Betelgeuse.
Các quan sát của Kính viễn vọng Không gian Hubble của NASA đang cho thấy sự mờ đi bất ngờ của ngôi sao siêu khổng lồ Betelgeuse rất có thể là do một lượng lớn vật chất nóng phóng ra ngoài không gian, tạo thành một đám mây bụi ngăn chặn ánh sáng sao chiếu ra từ bề mặt của Betelgeuse.
Các nhà nghiên cứu của Hubble cho rằng đám mây bụi hình thành khi plasma siêu nóng phóng ra từ một lớp tế bào đối lưu lớn trên bề mặt ngôi sao đi qua bầu khí quyển nóng đến các lớp bên ngoài lạnh hơn, nơi nó nguội đi và hình thành các hạt bụi. Đám mây bụi tạo thành đã chặn ánh sáng từ khoảng một phần tư bề mặt của ngôi sao, bắt đầu vào cuối năm 2019. Đến tháng 4 năm 2020, ngôi sao trở lại độ sáng bình thường.
Betelgeuse là một ngôi sao siêu khổng lồ màu đỏ, già cỗi, đã phình to về kích thước do những thay đổi phức tạp, đang phát triển trong lò tổng hợp hạt nhân ở lõi của nó. Hiện tại, ngôi sao này khổng lồ đến mức nếu nó thay thế Mặt trời ở trung tâm của hệ Mặt trời, bề mặt bên ngoài của nó sẽ vượt qua quỹ đạo của Sao Mộc.
Hiện tượng chưa từng có đối với độ mờ lớn của Betelgeuse, cuối cùng có thể nhận thấy ngay cả bằng mắt thường, bắt đầu vào tháng 10 năm 2019. Đến giữa tháng 2 năm 2020, ngôi sao quái vật đã mất hơn 2/3 độ sáng của nó.
Sự mờ đi đột ngột này đã khiến các nhà thiên văn học hoang mang, họ đã cố gắng phát triển một số lý thuyết về sự thay đổi đột ngột. Một ý kiến cho rằng một “đốm sao” cực lớn, mát và tối đã bao phủ một vùng rộng của bề mặt nhìn thấy được. Nhưng các quan sát qua Hubble do Andrea Dupree, phó giám đốc Trung tâm Vật lý Thiên văn | Harvard & Smithsonian (CfA), Cambridge, Massachusetts, đề xuất một đám mây bụi bao phủ một phần của ngôi sao.
Vài tháng quan sát quang phổ ánh sáng cực tím của Hubble về Betelgeuse, bắt đầu vào tháng 1 năm 2019, mang lại một mốc thời gian dẫn đến sự tối đen. Những quan sát này cung cấp những manh mối mới quan trọng về cơ chế đằng sau sự mờ đi.
Hubble đã ghi lại các dấu hiệu của vật chất dày đặc, được đốt nóng di chuyển qua bầu khí quyển của ngôi sao vào tháng 9, tháng 10 và tháng 11 năm 2019. Sau đó, vào tháng 12, một số kính thiên văn trên mặt đất đã quan sát ngôi sao giảm độ sáng ở bán cầu nam của nó.
“Với Hubble, chúng tôi nhìn thấy vật chất khi nó rời khỏi bề mặt nhìn thấy của ngôi sao và di chuyển ra ngoài bầu khí quyển, trước khi bụi hình thành khiến ngôi sao có vẻ mờ đi”, Dupree nói. “Chúng tôi có thể thấy hiệu ứng của một vùng nóng, dày đặc ở phần đông nam của ngôi sao đang di chuyển ra ngoài.
“Vật liệu này sáng gấp hai đến bốn lần độ sáng bình thường của ngôi sao,” cô tiếp tục. “Và sau đó, khoảng một tháng sau, phần phía nam của Betelgeuse mờ đi một cách dễ thấy khi ngôi sao trở nên mờ nhạt hơn. Chúng tôi nghĩ rằng có thể một đám mây đen là kết quả của dòng chảy mà Hubble phát hiện. Chỉ Hubble cho chúng tôi bằng chứng này dẫn đến mờ đi. “
Bài báo của nhóm xuất hiện trực tuyến vào ngày 14 tháng 8 trên Tạp chí Vật lý Thiên văn (The Astrophysical Journal).
Những ngôi sao siêu khổng lồ như Betelgeuse rất quan trọng vì chúng thải các nguyên tố nặng như carbon vào không gian, vốn trở thành cơ sở hình thành nên các thế hệ sao mới. Carbon cũng là một thành phần cơ bản cho sự sống như chúng ta đã biết.
Truy tìm một cơn bùng phát đau thương
Nhóm của Dupree đã bắt đầu sử dụng Hubble vào đầu năm ngoái để phân tích ngôi sao khổng lồ. Các quan sát của họ là một phần của nghiên cứu Hubble kéo dài ba năm để theo dõi các biến thể trong bầu khí quyển bên ngoài của ngôi sao. Betelgeuse là một ngôi sao biến thiên mở rộng và co lại, sáng và mờ theo chu kỳ 420 ngày.
Độ nhạy ánh sáng cực tím của Hubble cho phép các nhà nghiên cứu thăm dò các lớp phía trên bề mặt ngôi sao, nơi rất nóng – hơn 20.000 độ F – không thể phát hiện được chúng ở bước sóng nhìn thấy được. Các lớp này được làm nóng một phần bởi các tế bào đối lưu hỗn loạn của ngôi sao sủi bọt lên bề mặt.
Quang phổ Hubble được chụp vào đầu và cuối năm 2019 và vào năm 2020 đã thăm dò bầu khí quyển bên ngoài của ngôi sao bằng cách đo các vạch magiê II (magiê ion hóa đơn lẻ). Vào tháng Chín đến tháng Mười Một năm 2019, các nhà nghiên cứu đo di chuyển tài liệu về 200.000 dặm một giờ đi từ bề mặt của ngôi sao vào bầu khí quyển bên ngoài của nó.
Vật liệu dày đặc này tiếp tục đi xa hơn bề mặt nhìn thấy Betelgeuse, đạt hàng triệu dặm từ ngôi sao sôi sục. Các nhà nghiên cứu cho biết ở khoảng cách đó, vật liệu nguội đi đủ để tạo thành bụi.
Cách giải thích này phù hợp với các quan sát ánh sáng cực tím của Hubble vào tháng 2 năm 2020 cho thấy hoạt động của bầu khí quyển bên ngoài ngôi sao trở lại bình thường, mặc dù các hình ảnh ánh sáng nhìn thấy cho thấy nó vẫn bị mờ.
Mặc dù Dupree không biết nguyên nhân của vụ nổ, cô cho rằng nó được hỗ trợ bởi chu kỳ xung của ngôi sao, chu kỳ này vẫn tiếp tục bình thường mặc dù sự kiện, như được ghi lại bởi các quan sát ánh sáng nhìn thấy. Đồng tác giả của bài báo, Klaus Strassmeier, thuộc Viện Vật lý Thiên văn Leibniz Potsdam, đã sử dụng kính thiên văn tự động của viện có tên gọi STELLar Activity (STELLA), để đo những thay đổi trong vận tốc của khí trên bề mặt ngôi sao khi nó bay lên và rơi xuống trong quá trình xung động đi xe đạp. Ngôi sao đang mở rộng trong chu kỳ của nó cùng lúc với sự hình thành của ô đối lưu. Xung động gợn sóng ra ngoài từ Betelgeuse có thể đã giúp đẩy plasma chảy ra ngoài bầu khí quyển.
Dupree ước tính rằng khoảng hai lần lượng vật chất thông thường từ Nam bán cầu đã bị mất trong ba tháng xảy ra vụ nổ. Betelgeuse, giống như tất cả các ngôi sao, luôn mất đi khối lượng, trong trường hợp này là với tốc độ cao gấp 30 triệu lần Mặt trời.
Betelgeuse rất gần Trái đất và lớn đến mức Hubble có thể phân tích các đặc điểm bề mặt – khiến nó trở thành ngôi sao duy nhất như vậy, ngoại trừ Mặt trời của chúng ta, nơi có thể nhìn thấy chi tiết bề mặt.
Hình ảnh qua Hubble do Dupree chụp năm 1995 lần đầu tiên cho thấy một bề mặt lốm đốm chứa các tế bào đối lưu khổng lồ co lại và phồng lên, khiến chúng tối đi và sáng lên.
Tiền thân Siêu tân tinh?
Siêu khổng lồ đỏ được định sẵn để kết thúc cuộc đời của nó trong một vụ nổ siêu tân tinh. Một số nhà thiên văn học cho rằng sự mờ đi đột ngột có thể là một sự kiện tiền siêu tân tinh. Ngôi sao này ở tương đối gần, cách chúng ta khoảng 725 năm ánh sáng, có nghĩa là sự mờ đi sẽ xảy ra vào khoảng năm 1300. Nhưng ánh sáng của nó bây giờ mới chiếu tới Trái đất.
Dupree giải thích: “Không ai biết một ngôi sao làm gì ngay trước khi nó hình thành siêu tân tinh, vì nó chưa bao giờ được quan sát thấy. “Các nhà thiên văn học đã lấy mẫu các ngôi sao có thể là một năm trước khi chúng trở thành siêu tân tinh, nhưng không phải trong vài ngày hoặc vài tuần trước khi nó xảy ra. Nhưng cơ hội để ngôi sao này sớm trở thành siêu tân tinh là khá nhỏ.”
Dupree sẽ có một cơ hội khác để quan sát ngôi sao với Hubble vào cuối tháng 8 hoặc đầu tháng 9. Hiện tại, Betelgeuse đang ở trên bầu trời ban ngày, quá gần Mặt trời để có thể quan sát qua Hubble. Nhưng Đài quan sát Mặt trời Mặt đất (STEREO) của NASA đã chụp được hình ảnh của ngôi sao quái vật từ vị trí của nó trong không gian. Những quan sát đó cho thấy Betelgeuse lại mờ đi từ giữa tháng 5 đến giữa tháng 7, mặc dù không quá đột ngột như hồi đầu năm.
Dupree hy vọng sẽ sử dụng STEREO cho các quan sát tiếp theo để theo dõi độ sáng của Betelgeuse. Kế hoạch của cô là quan sát Betelgeuse một lần nữa vào năm tới cùng với STEREO khi ngôi sao này lại mở rộng ra bên ngoài trong chu kỳ của nó để xem liệu nó có gây ra một vụ nổ petulant khác hay không.
Nguồn truyện:
Tài liệu do NASA / Trung tâm bay vũ trụ Goddard cung cấp . Lưu ý: Nội dung có thể được chỉnh sửa về kiểu dáng và độ dài.
Tham khảo Tạp chí :