Điều gì sẽ xẩy ra khi một ngôi sao khổng lồ cỡ 100 lần Mặt trời phát nổ? Mặc dầu về mặt lý thuyết, các nhà khoa học đã mô tả được quá trình nổ sao siêu trọng từ nhiều năm nay, nhưng chưa ai thực sự thấy điều đó trên thực tế - ít nhất là tới trước lúc này.

Một nhóm nghiên cứu quốc tế do các nhà khoa học Israel đứng đầu, trong đó bao gồm các thành viên đến từ Đức, Mỹ, Anh và Trung Quốc đã theo dõi một vụ nổ supernova trong suốt một năm rưỡi liên tục và nhận thấy vụ nổ này diễn tiến đúng theo lý thuyết của quá trình nổ sao của một ngôi sao cỡ 150 lần khối lượng Mặt trời.

“Ở đây toàn là vấn đề cân bằng” Trưởng nhóm nghiên cứu, TS. Avishay Gal-Yam thuộc Khoa Vật lý Hạt và Vật lý Thiên văn nói.”Trong suốt cuộc đời của một ngôi sao, luôn có sự cân bằng giữa trọng lực: nhân tố kéo vật chất vào bên trong, và nhiệt sinh ra do phản ứng nhiệt hạch từ trong tâm có xu hướng đẩy vật chất ra bên ngoài.


Các nhà khoa học mới đây đã quan sát được một vụ nổ siêu tân tinh ngoại cỡ từ thời điểm khởi đầu đến khi kết thúc, kết quả là một hố đen hình thành.

Trong một ngôi sao có khối lượng từ 10 tới 100 lần Mặt trời, các phản ứng nhiệt hạch bắt đầu từ khí hydro và chuyển thành heli. Các phản ứng liên tục xẩy ra và sản sinh ra các nguyên tố nặng hơn cho tới khi phần lõi biến thành sắt. Do sắt không tham gia phản ứng một cách dễ dàng (thu nhiệt), các phản ứng mất dần và sự cân bằng cũng mất theo. Trọng lực áp đảo và vật chất của ngôi sao bị sụp đổ vào bên trong, còn phần vật chất bên ngoài thì bị bắn vung ra không gian xung quanh theo các đợt sóng trọng lực.



Sự cân bằng ở một ngôi sao siêu trọng lại khác hẳn. Trong những trường hợp này, các hạt photon quá nóng và chứa nhiều năng lượng, chúng tương tác và tạo ra một cặp electron và position (giống electron nhưng ngược dấu). Trong quá trình này, các hạt vật chất có khối lượng lại được tạo thành từ các hạt không có khối lượng (photon) và như vậy năng lượng của ngôi sao bị tiêu hao. Cuối cùng thì cân bằng của ngôi sao siêu nặng cũng bị phá vỡ, nhưng sự cân bằng không kết thúc với một cái lõi đầy sắt mà là các nguyên tử oxygen linh hoạt hơn. Lõi ôxy vốn rất nóng bị nén và nổ khi có các phản ứng nhiệt hạch không thể kiểm soát xẩy ra và làm phá tan luôn cái lõi của ngôi sao, và những thứ còn lại chỉ là những đám bụi sao vần còn phát sáng do quá nóng.Theo Gal-Yam thì “Mô hình ‘supernova cặp đôi’ đã được tính toán vài thập kỷ nay rồi, nhưng chưa ai dám chắc những vụ nổ khủng khiếp như vậy lại có thể diễn ra trên thực tế. Vụ nổ mới quan sát được nghiệm rất sát với mô hình trên”.

Qua phân tích, các nhà khoa học đã ước tính ngôi sao gây ra vụ nổ này có khối lượng tới 200 lần Mặt trời. Bản thân con số này cũng là bất thường bởi vì các nhà quan sát đã nhấn mạnh rằng các ngôi sao trong vũ trụ có giới hạn khối lượng là khoảng 150 lần Mặt trời. Một vài người đã nghi ngờ liệu tồn tại một kiểu khống chế nào đó về vật lý xung quanh kích thước lớn bất thường của ngôi sao này. Phát hiện mới gợi ý rằng các ngôi sao siêu siêu trọng có thể rất hiếm, nhưng vẫn tồn tại và thậm chí những ngôi sao lớn hơn nữa, tới 1000 lần Mặt trời cũng có thể tồn tại trong vũ trụ thời kỳ đầu.

“Đây là lần đầu tiên chúng ta có thể phân tích những quan sát về một vụ nổ sao siêu lớn, Chúng tôi đã đo được những lượng nguyên tố mới được tạo ra trong vụ nổ này, trong đó có phần Ni phóng xạ mạnh mới được tạo thành với khối lượng tới 5 lần Mặt trời. Những vụ nổ dạng này có thể là những nhà máy sản xuất kim loại nặng quan trọng trong vũ trụ” Tiến sĩ. Paolo Mazzali thuộc Học viên Max Planck, CHLB Đức, người phụ trách phần lý thuyết của nghiên cứu, nói.

Vụ nổ supernova này đã đựơc phát hiện trong một thiên hà tí hon, chỉ khoảng bằng 1% so với thiên hà Milky Way và các nhà khoa học cho rằng những thiên hà lùn như vậy có thể là bến đỗ tốt cho các ngôi sao siêu nặng, đôi khi vượt quá cả giới hạn 150 lần Mặt trời.

Tiến sĩ Avishal Gal-Yam nhấn mạnh:” Phát hiện của chúng tôi về vụ nổ bất thường này đã cho chúng ta một cái nhìn mới về sự hình thành của các ngôi sao siêu nặng và sự đóng góp của chúng vào sự phát triển của vũ trụ. Chúng tôi hy vọng hiểu biết thêm nữa khi tìm ra những trường hợp khác trong những khảo sát mới mà chúng tôi mới tiến hành trên những khoảng không gian rộng lớn của vũ trụ mà vẫn chưa được khám phá”.