Hiện tượng vũ trụ hiếm gặp: Siêu tân tinh xé toạc một ngôi sao, hé lộ cấu trúc ẩn giấu

Vào ngày 6 tháng 9 năm 2021, nhà nghiên cứu Steve Schulze của Đại học Northwestern đã có một khám phá bất ngờ, một vụ nổ siêu tân tinh kỳ lạ để lộ ra tàn dư sao một cách kinh ngạc. Đây là lần đầu tiên các nhà thiên văn học có thể quan sát rõ ràng cấu trúc lớp hoàn chỉnh của một ngôi sao khổng lồ, một khám phá vượt xa mọi kỳ vọng.

Hiện tượng này được trình bày chi tiết trong một bài báo mới đăng trên tạp chí Nature , đang thách thức các mô hình hiện có về vòng đời và cái chết của các ngôi sao, mở ra những hiểu biết mới về sự tiến hóa của vũ trụ.

Khi những ngôi sao khổng lồ đi đến hồi kết của cuộc đời, chúng tạo ra các lớp vỏ được cấu thành từ nhiều nguyên tố khác nhau. Tuy nhiên, những lớp vỏ này thường rất khó quan sát, bởi cái chết bùng nổ của một ngôi sao sẽ trộn lẫn các lớp khác nhau, khiến cấu trúc bên trong trở nên lộn xộn.

Ngoài ra, với siêu tân tinh mới được phát hiện, mang tên 2021yfj, các nhà thiên văn học đã may mắn chứng kiến một hiện tượng hiếm gặp: ngôi sao đang hấp hối đã trải qua một sự sụp đổ dữ dội, lột bỏ lớp vỏ ngoài, để lộ phần lõi bên trong. "Chúng tôi ngay lập tức nhận ra đây là một vụ nổ siêu tân tinh khác biệt so với bất kỳ vụ nổ nào chúng tôi từng thấy," Schulze nói.

Giải mã cấu trúc "xương" của một ngôi sao

Trong suốt vòng đời của mình, các ngôi sao giống như những nhà máy tổng hợp khổng lồ. Ban đầu, chúng là những quả cầu hydro phát sáng. Dưới áp suất và nhiệt độ của lõi sao, hydro kết hợp thành heli, sau đó chuyển hóa thành các nguyên tố nặng hơn như carbon, và cuối cùng tạo thành sắt ở lõi. Quá trình này tạo nên một cấu trúc lớp hoàn chỉnh, với các lớp giàu oxy, silic và lưu huỳnh nằm bên dưới phần vật chất còn lại, chỉ hình thành vài tháng trước khi ngôi sao phát nổ.

Siêu tân tinh 2021yfj lần đầu tiên được phát hiện bởi Cơ sở Nguồn Tạm thời Zwicky ở San Diego, California, nơi khảo sát bầu trời đêm hai đến ba ngày một lần. Phân tích đặc điểm quang phổ của nó, các nhà nghiên cứu đã tìm thấy các tín hiệu riêng biệt từ silic, lưu huỳnh và argon.

Điều đáng ngạc nhiên hơn nữa, họ còn tìm thấy cả dấu vết của heli, một nguyên tố lẽ ra đã bị tiêu thụ hết trong giai đoạn đầu của phản ứng tổng hợp hạt nhân. "Việc phát hiện ra heli khá khó hiểu", Schulze nói.

Sự khác biệt nằm ở đâu?

Dữ liệu quan sát cho thấy siêu tân tinh này đã bị tước bỏ cấu trúc sâu giàu oxy và silic, cho thấy nó đã trải qua một quá trình tước bỏ vật chất cực kỳ hiếm gặp. Các nhà khoa học suy đoán rằng quá trình này có thể do gió sao mạnh, hoạt động phun trào hoặc tương tác giữa các sao đôi.

"Đây là lần đầu tiên chúng tôi quan sát được lớp vỏ bên trong của một ngôi sao khổng lồ, điều này có ý nghĩa to lớn trong việc thử nghiệm và tinh chỉnh các mô hình tiến hóa sao", Schulze nhấn mạnh. "Việc quan sát các ngôi sao bị tách lớp và siêu tân tinh là chìa khóa để cải thiện và xác thực các mô hình tiến hóa sao".

Khám phá này không chỉ cung cấp những hiểu biết mới về vòng đời của các ngôi sao lớn và giai đoạn chết của chúng, mà còn cho thấy vẫn còn nhiều lỗ hổng trong hiểu biết của chúng ta về quá trình tiến hóa của các thiên thể này.

"Siêu tân tinh 2021yfj cho thấy vẫn còn nhiều lỗ hổng trong hiểu biết của chúng ta về quá trình tiến hóa và kết thúc của các ngôi sao khổng lồ", Schulze nói thêm. Mặc dù đây là một khám phá tuyệt vời, nhưng nó cũng nhắc nhở chúng ta rằng vũ trụ vẫn còn vô vàn bí ẩn đang chờ đợi để được giải mã.