How the Universe Works

Sao lùn trắng,

những ngôi sao nhỏ bao bọc một cú đấm lớn.

Khi sao lùn trắng lần đầu tiên được phát hiện,

phản ứng của các nhà thiên văn học là không, không, không, không,

không, không, không, không thể có thật.

Những gì đang diễn ra bên trong những thứ này

chỉ có thể được mô tả là kỳ lạ.

Chúng là xác chết nguội của các ngôi sao

như mặt trời của chúng ta,

nhưng nghiên cứu mới chứng minh sao lùn trắng

là một trong những động lực của vũ trụ chúng ta.

Chúng ăn các hành tinh, chúng bùng phát dưới ánh sáng năng lượng cao.

Chúng thực sự có thể bùng nổ.

Và chúng có thể cho chúng ta biết theo đúng nghĩa

về bản chất của chính vũ trụ.

Và có một bí mật

ở trung tâm của khoa học sao lùn trắng.

Chúng tôi thấy những ngôi sao chết đang nổ tung,

và chúng tôi vẫn không hiểu tại sao chúng lại làm điều đó.

Các nhà khoa học cuối cùng đã khám phá ra làm thế nào

mà những ngôi sao nhỏ này lại có thể có sức mạnh như vậy?

Tháng 12 năm 2018.

Các nhà thiên văn học phát hiện ra những chớp sáng kỳ lạ

xuất phát từ thiên hà cách Trái đất 250 triệu năm ánh sáng,

GSN 069.

Chúng ta biết rằng GSN 069 có một hố đen siêu lớn

ở trung tâm của nó, bằng khoảng

nửa triệu lần khối lượng của mặt trời.

Đó là một hố đen lớn,

và nó phát ra tia X

với nhịp độ rất, rất đều đặn,

cứ 9 giờ một lần. Tại sao?

Các chớp sáng có năng lượng rất lớn và đều đặn,

hố đen siêu lớn phải ăn một khối lượng

tương đương với sao Thủy ba lần một ngày.

Câu hỏi lớn đặt ra là cái gì đang cung cấp cho hố đen này

một bữa tối khổng lồ như vậy?

Vào tháng 3 năm 2020, các nhà khoa học đã tìm ra câu trả lời.

Một ngôi sao xui xẻo vào cuối vòng đời của nó,

đã lạc vào vùng tử thần của hố đen.

Một ngôi sao đến quá gần hố đen siêu lớn

giống như một chiếc bánh rán

tiến quá gần tôi.

That thing just is not gonna make it.

Các ngôi sao đến quá gần hố đen

sẽ bị xé toạc.

Chúng sắp bị tấn công bởi hố đen,

và một số vật chất đó cũng đang được phóng ra

trong những cơn gió rất mạnh và hình thành các dòng chảy vật chất

tuôn ra ngoài.

Bằng cách nào đó, ngôi sao vẫn sống sót

sau cuộc chạm trán gần với hố đen siêu lớn.

Điều tra sâu hơn cho thấy nó là một ngôi sao nhỏ, nén,

một sao lùn trắng.

Vậy điều gì khiến ngôi sao nhỏ bé này gần như không thể phá hủy?

Câu trả lời nằm ở cách nó được hình thành.

Chúng ta có một manh mối nếu chúng ta nhìn vào vòng đời của một ngôi sao.

Nó đang đốt cháy hydro thành heli, gây ra phản ứng tổng hợp hạt nhân,

và điều đó khiến một ngôi sao duy trì ổn định.

Có sự cân bằng mong manh này giữa áp suất bức xạ

từ phản ứng tổng hợp hạt nhân đẩy ra và áp suất trọng trường

kéo vào.

Nhưng khi các ngôi sao giống như mặt trời của chúng ta gần hết tuổi thọ,

chúng sẽ cạn kiệt nhiên liệu hydro.

Ngôi sao giống như mặt trời tạo ra ngày càng nhiều heli,

tích tụ ở trung tâm của nó.

Dần dần, trọng lượng khổng lồ

của các lớp bên ngoài của ngôi sao sẽ nghiền nát lõi heli.

Khi lõi già đi, nó trở nên nhỏ hơn và nóng hơn,

làm tăng tốc độ phản ứng hạt nhân.

Các phản ứng tổng hợp hạt nhân này tạo ra nhiều năng lượng hơn,

đẩy lớp ngoài cùng, hoặc lớp vỏ, ra bên ngoài.

Bởi vì có nhiều năng lượng chảy qua lớp vỏ,

nên lớp vỏ phồng lên.

Ngôi sao mở rộng ra khoảng 100 lần kích thước ban đầu của nó.

Ngôi sao vàng trở thành một ngôi sao đỏ khổng lồ.

Cuối cùng, những ngôi sao đỏ khổng lồ lột bỏ lớp bên ngoài của chúng,

tạo thành lớp vỏ khí tuyệt đẹp được gọi là tinh vân hành tinh.

Tinh vân hành tinh là những vật thể đẹp nhất trong không gian.

Tất cả chúng đều ngoạn mục.

Một ngôi sao kết thúc vòng đời của nó ở một trong những tinh vân hành tinh này

để lại một sao lùn trắng ở trung tâm,

và sao lùn trắng này về cơ bản

giống như xỉ than

Nó là những gì còn lại sau khi phản ứng tổng hợp hạt nhân

không còn khả thi đối với ngôi sao cụ thể đó.

Tất cả những gì còn lại, một sao lùn trắng phát sáng,

phần lõi còn sót lại của ngôi sao đã chết.

Nhưng trong thiên hà GSN 069,

hố đen siêu lớn đã thúc đẩy quá trình này.

Nó lột bỏ các lớp bên ngoài của sao đỏ khổng lồ

chỉ trong vài ngày.

Hố đen gần như đã ăn hết những phần ngon ngọt,

tất cả những phần dễ lấy của ngôi sao,

để lại những loại xương

hoặc thức ăn thừa của sao lùn trắng.

Sao lùn trắng này

chỉ bằng 1/5 khối lượng của mặt trời.

Làm sao một ngôi sao nhỏ như vậy có thể sống sót

khi ở gần hố đen đến vậy?

Bạn có thể nghĩ rằng vì sao lùn trắng nhỏ

nên nó sẽ không tồn tại được lâu,

vì ở đó không có nhiều thứ để ăn,

nhưng hóa ra lại hoàn toàn ngược lại.

Sao lùn trắng chứa đầy vật chất.

Nếu nó là một ngôi sao bình thường, nó đã bị cắt vụn từ lâu,

nhưng vì nó là một quả cầu vật chất dày đặc

và gắn kết chặt chẽ như vậy nên nó vẫn tồn tại.

Hãy tưởng tượng lấy mặt trời và nghiền nát nó

xuống chỉ bằng kích thước của Trái đất.

Cùng một khối lượng, nhưng bây giờ được đóng gói chặt chẽ hơn,

vì vậy một quả bóng rổ có trọng lượng

tương đương với 35 con cá voi xanh.

Mật độ cực lớn của sao lùn trắng

bảo vệ nó khỏi sự tấn công của lực hấp dẫn của hố đen siêu lớn.

Quỹ đạo của nó đưa nó đến gần hố đen đó cứ sau 9 giờ,

và mỗi khi nó chạm trán hố đen, một số vật chất của nó

sẽ bị nhấm nháp.

Chúng đang chơi trò chơi

kéo co liên sao với nhau.

Hố đen lớn hơn, vì vậy nó sẽ thắng.

Nhưng sao lùn trắng rất dày đặc

nê có thể bám trụ ở đó khá lâu.

Nó sẽ ở trong quỹ đạo

xung quanh một hố đen siêu lớn trong hàng tỷ năm.

Talk about David and Goliath.

Khi các nhà thiên văn lần đầu tiên phát hiện ra sao lùn trắng,

họ nghĩ rằng chúng không nên tồn tại.

Làm sao một thứ gì đó có thể có mật độ cực lớn như vậy

và không bị sụp đổ dưới trọng lượng của chính nó?

Cơ học lượng tử,

khoa học về các hạt nguyên tử và hạ nguyên tử đã có câu trả lời.

Chúng ta đã quen với các quy tắc vật lý ở đây

trong thế giới vĩ mô,

nhưng khi bạn thu nhỏ xuống thế giới hạ nguyên tử,

mọi thứ trở nên kỳ lạ.

Ở đây chúng ta có electron,

một trong những hạt nhỏ nhất trong vũ trụ,

và chính những electron nhỏ này

đang thực hiện công việc nâng đỡ toàn bộ một ngôi sao.

Các electron thực sự không thích bị bóp nghẹt

trong một không gian nhỏ.

Nếu bạn cố gắng dồn quá nhiều trong số chúng vào một khoảng trống quá nhỏ,

chúng sẽ đẩy ngược lại rất mạnh

và đây là một hiệu ứng được gọi là áp suất thoái hóa.

Các electron thoái hóa này

ngăn sao lùn trắng sụp đổ,

nhưng chúng mang lại cho những ngôi sao này những phẩm chất kỳ lạ.

Sao lùn trắng hành xử rất khác

so với vật chất thông thường.

Hãy xem xét các hành tinh và các ngôi sao.

Chúng trở nên lớn hơn khi chúng tăng khối lượng.

Sao lùn trắng thì hoàn toàn ngược lại.

Khi chúng tăng khối lượng, chúng sẽ nhỏ hơn.

Một ngôi sao lùn trắng càng có khối lượng lớn,

các electron càng ép chặt vào nhau,

và ngôi sao càng nhỏ và dày đặc hơn.

Mật độ cao có nghĩa là

cấu trúc của sao lùn trắng cũng kỳ lạ.

Nó có một bầu khí quyển cực kỳ mỏng,

được tạo thành từ hydro hoặc đôi khi là khí heli.

Nếu bạn lấy một tòa nhà chọc trời của Trái đất

và đặt nó trên một sao lùn trắng,

nếu bạn leo lên đỉnh của tòa nhà chọc trời đó,

bạn sẽ ở bên ngoài bầu khí quyển của sao lùn trắng.

Bạn thực sự sẽ ở trong không gian.

Bên dưới bầu khí quyển mỏng

lộ ra bề mặt của heli dày đặc dày khoảng 30 dặm.

Nó bao quanh một phần bên trong

được tạo thành từ carbon lỏng siêu nóng và oxy.

Một sao lùn trắng ở bề mặt của nó

có thể là một nửa triệu độ.

Nó thậm chí còn nóng hơn bên trong,

và vì vậy loại vật liệu đó,

nó sẽ không hoạt động như cách vật chất bình thường làm.

Cuối cùng, qua hàng tỷ năm,

trung tâm của sao lùn trắng nguội dần thành một thể rắn.

Khi các nguyên tử cacbon và oxy nguội đi,

chúng tạo thành tinh thể.

Kim cương thực sự là tinh thể cacbon,

vì vậy ở trung tâm của những sao lùn trắng mát mẻ này

có thể là một viên kim cương có kích thước bằng Trái đất.

Sao lùn trắng dần dần tỏa ra năng lượng còn lại của chúng

cho đến khi chỉ còn lại một quả cầu vật chất chết lạnh,

một sao lùn đen.

Chúng tôi chưa bao giờ nhìn thấy cái mà chúng tôi gọi là sao lùn đen,

và có một lý do đơn giản cho điều đó.

Phải mất một khoảng thời gian to lớn,

hàng chục tỷ năm, lâu hơn cả tuổi của vũ trụ,

để đạt được điểm đó.

Đây là số phận đen tối của hầu hết các ngôi sao cỡ trung bình,

bao gồm cả mặt trời của chúng ta.

Cái chết chậm chạp kéo dài này có thể khiến sao lùn trắng có vẻ bình thường,

nhưng những ngôi sao nhỏ bé này

có thể trả lời một số câu hỏi lớn về vũ trụ của chúng ta.

Chúng có thể nhỏ và có thể mờ,

nhưng chúng rất cần thiết cho sự hiểu biết của chúng ta về vật lý.

Nghiên cứu mới về sao lùn trắng

có thể trả lời một trong những câu hỏi lớn nhất ...

Sự sống có thể tồn tại sau cái chết của ngôi sao của nó?