Khi hình thành từ vụ nổ của các vì sao, sao lùn trắng rắn chắc chầm chậm lạnh
đi và biến mất. Tuy nhiên, nếu chúng là một trong hệ sao nhị phân, sao lùn trắng có thể định kỳ tạo ra các vụ nổ gọi là sao mới (nova), nhà thiên văn học Thomas T. Arny thuộc Trường đại học Amherst giải thích trong cuốn sách nổi tiếng của mình là Explorations.
Nếu một sao lùn trắng gần bạn đồng hành của mình, khí thoát ra từ sao đồng hành có thể rơi vào trong sao lùn trắng….Đến từ
lớp ngoài của sao đồng hành, khí giàu hydro có thể trở thành nhiên liệu cho sao lùn trắng trong một khoảng thời gian ngắn. Lớp khí ngay lập tức đạt tới nhiệt độ cháy của hydro nhưng… hạt nhân nóng chảy trong khí có thể phát nổ. Hydro nổ bắn vào trong không gian và có dạng một lớp vỏ khí nóng nỏ rộng… ánh sáng đó có năng lượng lớn hơn nhiều so với sao lùn trắng. Đôi khi những vụ nổ này có thể thấy bằng mắt thường. Khi các nhà thiên văn trước đây thấy hiện tượng này, họ gọi chúng là nova, nghĩa Latinh là “sao mới”, vì vụ nổ này có thể tạo ra một điểm sáng xuất hiện trên bầu trời mà ởđó trước đó không có ngôi sao nào thấy được cả. Lực hấp dẫn mạnh của sao lùn trắng kéo khí và vật chất khác của sao gần đó. Khí và vật chất tích lũy lại và bị hâm nóng trên bề mặt của sao lùn trắng. Vật chất bị hâm nóng cháy và nổ, tạo ra một lớp
Ngôi Sao Chết và Sự Hình Thành HốĐen Don Nardo
vỏ sáng gọi là sao mới.
Khi hấp dẫn chiến thắng, sao Mặt Trời khổng lồ đỏ bắt đầu sụp đỏ. Một ít nguyên liệu bên ngoài của nó sẽ thoát ra không gia. Nhưng hầu hết bị giữ lại trong ngôi sao đang suy sụp, chúng hoàn toàn nằm trong tay của hấp dẫn, cuối cùng sẽ nén những vật chất này thành một sao lùn trắng--một ngôi sao nhỏ, nóng, nhưng chỉ là một quả bóng sáng mờ
có kích thước cỡ vào Trái Đất. Một ngôi sao lùn trắng đặc tới nỗi một thìa vật chất của nó cũng nặng đến một tấn. Không đáng ngạc nhiên khi một thiên thể như vậy tạo ra một giếng hấp dẫn rất sâu và một lực hấp dẫn rất mạnh. Để thoát khỏi một sao lùn trắng, một con tàu vũ trụ
phải đạt tới vận tốc khoảng ba trăm ngàn dặm một giây! (Tất nhiên, thật là điên rồ khi muốn đậu trên một sao lùn trắng, vì lực hấp dẫn của nó sẽ nhanh chóng ép con tàu và phi hành đoàn bẹp dí.)
Bước Hai: Sao Notron
Các nhà thiên văn học đã tính được số phận cuối cùng của một ngôi sao trung bình--có khối lượng nhỏ hơn 1.4 lần Mặt Trời--sẽ trở thành một ngôi sao lùn trắng. Nhưng những ngôi sao lớn hơn 1.4 lần Mặt Trời thì sao? Chúng chắc chắn sẽ có hấp dẫn lớn hơn. Vì vậy chỉ hợp lý khi kết cục của chúng sẽ dữ dội hơn và tạo ra một thiên thể đặc hơn cả sao lùn trắng.
Thực tế, một ngôi sao có khối lượng từ 1.4 tới 8 lần Mặt Trời vòng qua giai đoạn sao lùn trắng để đến với điểm dừng tiếp theo trên còn
đường tới hố đen. (Các nhà khoa học vẫn còn bất đồng với nhau về
khối lượng để một ngôi sao trở thành sao lùn trắng. Các ước đoán khác là 1.4 đến 3.2 và 1.4 đến 5 lần khối lượng Mặt Trời.) Ngôi sao nặng hơn này cũng có những bước đầu giống một ngôi sao cỡ Mặt Trời--cạn kiệt hidro, nở rộng thành một ngôi sao lùn đỏ, và đốt heli. Nhưng sau đó, mọi việc lại xảy ra khác hẳn, như Begelman và Rees giải thích:
Các ngôi sao nặng được tăng sức mạnh ở giai đoạn sống tiếp theo bằng một chuỗi phản ứng hạt nhân của các nguyên tố càng ngày càng nặng hơn. Khi mỗi nhiên liệu hạt nhân bị cạn kiệt--hydro kết hợp thành heli, sau đó heli lại thành cacbon và oxy, vv…--thì phần bên trong ngôi sao lại càng ngày càng nóng…. Quá trình này có thể
Ngôi Sao Chết và Sự Hình Thành HốĐen Don Nardo
tạo ra tới sắt. Ở giai đoạn này, năng lượng giải phóng ra từ việc tạo ra nguyên tử hạt nhân nặng hơn chốn lại sự suy sập của hấp dẫn. Nhưng không có phản ứng hạt nhân nào có thể tạo ra năng lượng từ sát; sát là điểm cuối của con đường hạt nhân của một ngôi sao. Sự việc xảy ra tiếp theo hiện tượng ngoạn mục nhất từng được biết tới trong thiên văn học…. Khi không còn phản ứng hạt nhân nào có thể tạo ra năng lượng từ sắt, nhiên liệu cạn kiệt và nhân thình lình co lại khủng khiếp… trong một phần nhỏ của giây…. Mật độ dày đặc của nhân sụp đổ này lớn đên nỗi proton và electron [hai phần tử mang điện của nguyên tử] kết hợp với nhau tạo ra notron, phần tử không mang điện.19
Thiên thể sáng tại tâm Tinh Vân Con Cua là một pulsar được phát hiện vào năm 1968. Những thiên thể như vậy được gọi là sao notron.
Ngôi Sao Chết và Sự Hình Thành HốĐen Don Nardo Vì một thiên thể như vậy có cấu tạo hầu như hoàn toàn là notron
(tạo ra một vật mà nhiều nhà khoa học gọi là neutronium,) nên nó
được gọi là sao notron.
Sự suy sập tạo ra một ngôi sao notron mạnh mẽ tới nỗi nó nổ ra một biến cố thứ hai--một vụ nổ khủng khiếp. Trong vụ bùng nổ này, gọi là siêu sao mới, một lượng lớn các phần tử ở lớp ngoài của ngôi sao bị
bắn ra không trung. Các phần tử này hình thành một lớp vỏ khí, thường
được gọi là tàn dư siêu sao mới, nó nở rộng ra ngoài trong hàng ngàn thậm chí hàng triệu năm, và càng ngày càng mỏng đi. (Nó cũng mờ đi, chỉ trừ khi được thắp sáng bởi các ngôi sao mà nó đi qua.)
Phần khối lượng còn lại của ngôi sao ban đầu giờ đã bị nén lại trong một trái banh neutronium có đường kính khoảng hai mươi dặm, bằng cỡ của một thành phố lớn. Vật chất quá đặc đến nỗi một muỗng vật chất trên đó nặng ít nhất vài nghìn tỷ tấn. Hơn nữa, vận tốc thoát của một ngôi sao như vậy vào khoảng 125.000 dặm trên giây, khoảng hai phần ba vận tốc ánh sáng.
Tất cả điều này đều khá thuyết phục trên lý thuyết. Nhưng các nhà thiên văn học không có một bằng chứng thực tế nào về sự tồn tại của một ngôi sao notron cho tới những năm cuối 1960, khi những thiên thể
gọi là pulsar bắt đầu được phát hiện. Ví dụ, năm 1968, các nhà khoa học phát hiện ra một thiên thể kỳ lạ trong Tinh Vân Con Cua. Nằm ở
chòm sao Taurus, con bò, đám mây sáng, đang nở rộng này là tàn dư
của siêu sao mới xuất hiện năm 1054 và được ghi chép lại bới các nhà quan sát Trung Quốc và Nhật Bản. Các nhà thiên văn học hiện đại lưu ý rằng thiên thể tại tâm của tinh vân đầu đặn phát ra một lượng lớn, hay nhịp đập, bức xạ điện từ khoảng ba mươi lần trên giây. Để cho phù hợp, họ đặt tên cho những thiên thể tương tự như vậy là pulsar. (Từ
pulses là nhịp đập.)
Thật rõ ràng là các pulsar là sao notron, chúng tự quay với vận tốc (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
đáng kinh ngạc. Sự tự quay liên tục này tạo ra do năng lượng cuốn vào liên tục được tạo ra trong lúc ngôi sao suy sập thành một trái banh cực
đặc. Giải thích lý do một sao notron lại phát ra năng lượng nhịp nhàng, nhà thiên văn học nổi tiếng Herbert Friedman viết:
Ngôi Sao Chết và Sự Hình Thành HốĐen Don Nardo
Khi một sao notron suy sập, nó đồng thời cũng kéo từ trường của ngôi sao ban đầu theo nó cho tới khi tập trung được một tỷ lần tại bề mặt của sao notron. Trong tình trạng từ trường cực mạnh bị nén chặt như vậy, plasma [khí nóng] tại hai cực từ sẽ bị bắn ra xung quanh theo ngôi sao quay tròn. Lượng plasma cuộn tròn này có thể tạo ra [một] sóng radio có định hướng cao [ví dụ, bức xạ điện từ phát ra từ một vị trí xác định trên ngôi sao] và sóng này sẽ xoay tròn và bắn vào không gian đèn pha trên nóc của một ngọn hải đăng. Khi sóng radio quét qua Trái Đất, các kính viễn vọng vô tuyến của chúng ta sẽ ghi nhận được ánh sáng lặp đi lặp lại này.20