Bí mật khủng khiếp của những ngôi sao đỏ khổng lồ

Sau 90 năm nghiên cứu, các nhà khoa học đã khám phá ra điều bí ẩn này.

Bên trong ngôi sao đỏ khổng lồ có gì?

Trước đây, chúng ta đã biết sao khổng lồ đỏ là một ngôi sao khổng lồ đang ở giai đoạn cuối của hành trình tiến hóa. Chúng có đường kính gấp hàng trăm lần Mặt Trời của chúng ta. Và bởi vì nguồn cung cấp hydro trong lõi đã cạn kiệt, các sao khổng lồ đỏ chuyển sang giai đoạn tổng hợp hydro ở lớp vỏ bên ngoài. Phía bên trong lòng những ngôi sao này có gì? Điều bí ẩn này gần đây mới bắt đầu được hé lộ.

Một nhóm các nhà nghiên cứu thiên văn đến từ nhiều quốc gia khác nhau đã lần đầu tiên giải thích được điều gì đang diễn ra phía trong một ngôi sao khổng lồ đỏ. Sau khi quan sát sâu vào bề mặt của hàng chục sao khổng lồ đỏ, họ phát hiện ra ở đó ẩn chứa những đối tượng gây từ trường cực kì mạnh.

Có gì bên trong một sao khổng lồ đỏ?

Dĩ nhiên là chưa có một tàu thăm dò nào có thể đi vào lòng một ngôi sao. Kỹ thuật mà các nhà khoa học sử dụng gọi là “asteroseismology”, tạm dịch là ”địa chấn sao”. Cụ thể là họ sẽ khai thác các dữ liệu sóng trên bề mặt của chúng để giải thích những gì đang diễn ra trong lớp sâu hơn. Có thể hiểu một cách đơn giản điều này giống như thực hiện kỹ thuật siêu âm y tế vậy.

Tuy nhiên, hai loại sóng mà các nhà khoa học quan tâm đó là sóng áp lực từ những bất ổn nội bộ của ngôi sao. Sóng này giống như sóng âm thanh bình thường. Loại thứ hai có thể được sử dụng là sóng trọng lực được thúc đẩy bởi sự trôi nổi của các lớp khác nhau trong lòng ngôi sao. Tất cả các dữ liệu khai thác được từ hai loại sóng này được sử dụng để tái tạo lại xem bên trong lòng một ngôi sao khổng lồ đỏ có gì.

Những ngôi sao khổng lồ đỏ GRB đã được lựa chọn làm đối tượng nghiên cứu chính. Chúng đều ở trong giai đoạn cuối của sự tiến hóa. Bởi quá trình tổng hợp hydro ở bên ngoài lớp vỏ bằng phản ứng nhiệt hạch khiến chúng “sưng lên” nhanh chóng. Chúng có một khí quyển mỏng và bị thổi phồng, một lõi heli dày đặc và bán kính lớp gấp hàng trăm lần so với ngôi sao gốc ban đầu.

Chính vì điều này khiến chúng trở thành ứng viên xuất sắc cho kỹ thuật “asteroseismology”. Sóng áp lực của nó không thoát ra khỏi lõi, tuy nhiên chúng lại chuyển đổi thành sóng trọng lực. Các sóng này đi qua từng lớp trong lòng ngôi sao và gây ra các dao động theo các mô hình khác nhau. Một trong số các mô hình tương đối đặc biệt làm một mặt ngôi sao sáng hơn trong đó mặt còn lại mờ nhạt hẳn đi gọi là lưỡng cực sáng tối.

Nhóm nghiên cứu đã phát hiện rằng một từ trường mạnh bên trong ngôi sao là nguyên nhân khiến sóng trọng lực bị mắc kẹt lại. Họ gọi đó là “hiệu ứng nhà kính từ tính”. Và điều này khiến hiện tượng lưỡng cực sáng tối của ngôi sao trở nên ít rõ nét hơn.

Tương quan kích thước của sao khổng lồ đỏ với Mặt Trời.

Ghi nhận điều này, NASA đã sử dụng kính thiên văn Kepler để quan sát hiện tượng giảm lưỡng cực sáng tối của một số sao khổng lồ đỏ. Kết hợp với dữ liệu đến từ nhóm nghiên cứu, họ tính toán được “hiệu ứng nhà kính từ tính” đang giam giữ bên trong sao khổng lồ đỏ một từ trường mạnh tới hơn 10 triệu lần từ trường Trái Đất. Tiến sĩ Jim Fuller, trưởng nhóm nghiên cứu nói: “Đây là lần đầu tiên chúng ta có thể phát hiện và đo được từ trường bên trong lòng một ngôi sao. Khám phá này sẽ giúp chúng ta hiểu hơn về vòng đời của một ngôi sao”.

Phát hiện từ trường trong lõi một ngôi sao khổng lồ đỏ là một nghiên cứu rất đáng ghi nhận. Tiến sĩ Matteo Cantiello, đồng tác giả nghiên cứu nói rằng: “Năm 1926, nhà thiên văn nổi tiếng Sir Arthur Eddington đã than thở rằng lõi một ngôi sao là thứ khó tiếp cận nhất trong vũ trụ. Gần 90 năm trôi qua và chúng tôi đã làm được điều này. Nếu Eddington còn ở đây ngày hôm nay, có lẽ ông sẽ rất ngạc nhiên và vui mừng”.

• Ngôi sao chết bẻ cong ánh sáng
• Khám phá ngôi sao "chạy" nhanh nhất vũ trụ
• Phát hiện ngôi sao lạ xâm nhập hệ Mặt Trời