Những ngôi sao đang biến thành tinh thể trên bầu trời

Theo định nghĩa của thiên văn học, một ngôi sao, còn gọi là định tinh hay hằng tinh, là một quả cầu plasma phát sáng. Ngôi sao gần Trái đất chúng ta nhất chính là mặt trời, là suối nguồn của hầu hết năng lượng trên Trái đất.

Nhiều ngôi sao khác có thể nhìn thấy được trên bầu trời đêm, khi chúng không bị lu mờ đi dưới ánh sáng của mặt trời. Và trong số đó, sao lùn trắng là một trong những vật thể lâu đời nhất trong vũ trụ. Chúng rất hữu ích cho các nhà thiên văn học, bởi vì vòng đời của chúng đóng vai trò là chiếc đồng hồ của vũ trụ và cho phép ước tính tuổi của các nhóm sao lân cận với độ chính xác cao.

Sirius A, một sao lùn trắng. Phía dưới bên trái là Sirius B, kích thước tương đương nhưng kém sáng hơn nhiều vì già hơn, lạnh hơn do đang trong quá trình kết tinh.

Sao lùn trắng là những ngôi sao cực kỳ dày đặc, một khối lượng của chúng sẽ nặng hàng tấn trên Trái đất. Chúng là tàn dư của những ngôi sao đã chết, nghĩa là những ngôi sao đã cạn kiệt nhiên liệu hạt nhân.

Một ngôi sao tương đối trẻ như mặt trời của chúng ta, có trạng thái cân bằng do các phản ứng hạt nhân bên trong và phản ứng tổng hợp hydro có thể cân bằng trọng lực. Khi hydro cạn kiệt, trạng thái cân bằng này bị phá vỡ và lực hấp dẫn chiếm ưu thế.

Chúng sẽ nở rộng và đẩy các lớp phía bên trên lên, trở thành những ngôi sao đỏ khổng lồ và cuối cùng phân tán vào không gian dưới dạng tinh vân hành tinh. Những gì còn lại ở vị trí của ngôi sao cũ là một hạt nhân rắn, bao gồm oxy và carbon, đó chính là sao lùn trắng.

Nhưng hiện nay, với những hình ảnh rất chính xác do vệ tinh Gaia của ESA (Cơ quan Vũ trụ châu Âu) cung cấp, cho thấy các ngôi sao lùn trắng trên đầu của chúng ta đang kết tinh thành những tinh thể. Phát hiện này là kết quả của một nhóm các nhà vật lý thiên văn quốc tế do TS. Pier-Emmanuel Tremblay, Đại học Warwick (Anh Quốc) và TS. Gilles Fontaine, Đại học Montreal (Canada) dẫn đầu, đã nhận thấy những ngôi sao lùn trắng đang ngày càng kết tinh rất nhiều trên bầu trời.

Cần phải biết rằng, sau khi phân tán vào không gian, trái tim của một ngôi sao cũ phải mất hàng tỷ năm để hạ nhiệt. Chính trong quá trình hạ nhiệt này, hiện tượng kết tinh xảy ra, hoàn toàn có thể so sánh với sự biến đổi của nước thành băng, nhưng ở nhiệt độ cao hơn nhiều. Trong quá trình kết tinh, chúng dần dần chuyển từ trạng thái lỏng sang trạng thái rắn với các nguyên tử tạo thành một cấu trúc có trật tự.

Dưới áp suất cực độ, các nguyên tử bị nén ép tới mức các electron được giải phóng, tạo ra một khí điện tử dẫn điện và hạt nhân nguyên tử tích điện dương ở dạng lỏng. Sau đó, khi sao lùn nguội đi, chất lỏng này bắt đầu đông cứng lại, tạo thành một trung tâm kim loại được bao quanh bởi lớp phủ carbon phong phú.

Chính bằng cách nghiên cứu màu sắc và độ sáng của các ngôi sao trên các hình ảnh do vệ tinh Gaia cung cấp, các nhà nghiên cứu đã xác định được 200.000 cụm sao lùn trắng đang trong quá trình kết tinh. Các cụm này nằm cách Trái đất khoảng 300 năm ánh sáng. Đây là lần đầu tiên giả thuyết về sự kết tinh được xác thực bằng các quan sát, kể từ khi được các nhà thiên văn học dự đoán vào 50 năm trước.

Theo Viện nghiên cứu Exoplanet của Đại học Montreal, sao lùn trắng đại diện cho giai đoạn tiến hóa cuối cùng của đại đa số các ngôi sao. Hơn 97 % các ngôi sao kết thúc cuộc sống ở dạng này và công trình nghiên cứu đã rút ra được vô số thông tin hữu ích về sự tiến hóa của các ngôi sao nói chung, cũng như lịch sử hình thành sao của thiên hà nói riêng.