Cụm sao R136 ở vùng trung tâm của Tinh vân Tarantula.
(Tín dụng hình ảnh: NASA, ESA và P. Crowther (Đại học Sheffield))
Những ngôi sao xanh cho đến nay vẫn là những ngôi sao lớn nhất và sáng nhất trong thiên hà.
Bằng mắt thường, các ngôi sao trên bầu trời đêm trông rất giống nhau, điểm khác biệt chính giữa chúng là một số sáng hơn những ngôi sao khác. Nhưng nếu quan sát kỹ hơn, bạn sẽ thấy các ngôi sao có nhiều màu sắc khác nhau.
Hầu hết chúng trông có màu trắng, nhưng một số có màu đỏ rõ rệt trong khi một số khác lại có màu xanh lam. Màu sắc của một ngôi sao cho chúng ta biết về nhiệt độ và khối lượng của nó, và những ngôi sao màu xanh là nóng nhất và nặng nhất.
Bất kỳ ngôi sao nào có khối lượng gấp ba lần mặt trời trở lên sẽ có xu hướng trông có màu xanh lam đối với mắt chúng ta. Đó là bất kể các yếu tố khác như thành phần hóa học; Sao xanh, sao vàng và sao đỏ đều được tạo thành từ khoảng 75% hydro, 24% heli và một lượng nhỏ hơn các nguyên tố khác. Nhưng thực tế là các ngôi sao xanh có khối lượng lớn hơn có nghĩa là chúng thường có độ sáng nội tại cao hơn các ngôi sao khác. Điều này có nghĩa là chúng có thể ở một khoảng cách rất xa và vẫn có thể nhìn thấy trên bầu trời.
Tại sao các ngôi sao màu xanh lại nóng đến vậy?
Những ngôi sao xanh có màu xanh lam vì chúng rất nóng. Điều này nghe có vẻ sai, bởi vì trong thế giới hàng ngày – ví dụ trên bản đồ thời tiết – màu đỏ có nghĩa là nóng và màu xanh có nghĩa là lạnh. Nhưng ánh sáng xanh lam mang nhiều năng lượng hơn ánh sáng đỏ, có nghĩa là nó cần một nguồn bức xạ nóng hơn để tạo ra nó. Điều này giải thích tại sao các ngôi sao màu xanh lam lại nóng hơn các ngôi sao màu đỏ, và cũng có một hệ quả truyền xuống trái đất nếu bạn đã từng thấy kim loại bị nung nóng trong lò rèn. Đầu tiên, nó phát sáng màu đỏ, sau đó khi nóng hơn, nó chuyển sang màu trắng xanh.
Nhiệt độ cao của các ngôi sao màu xanh lam, cùng với độ sáng cao của chúng, có nghĩa là chúng liên tục phóng ra một lượng lớn năng lượng vào không gian. Kết quả là chúng đốt cháy tất cả nhiên liệu rất nhanh chóng, khiến chúng có tuổi thọ ngắn nhất trong số tất cả các ngôi sao. Vì lý do này, các ngôi sao xanh thường được quan sát thấy gần các vùng hình thành sao nơi chúng được sinh ra.
Mặc dù các vùng hình thành sao tạo ra các ngôi sao với nhiều khối lượng, nhưng chúng không được tạo ra với số lượng bằng nhau, với các ngôi sao có khối lượng thấp hơn rất nhiều so với những ngôi sao có khối lượng cao. Cùng với thời gian tồn tại ngắn của loại sau, điều này có nghĩa là các ngôi sao xanh có xu hướng khan hiếm. Mặc dù vậy, chúng ta thấy khá nhiều trong số chúng trên bầu trời đêm, bởi vì những cái tồn tại rất sáng.
Chỉ đề cập đến ba ngôi sao màu xanh nổi tiếng, đó là Regulus, ngôi sao sáng nhất trong chòm sao Leo, Spica, ngôi sao sáng nhất trong Xử Nữ và Rigel, ngôi sao sáng nhất trong chòm sao Orion.
Khi nhìn từ Trái đất, cả ba ngôi sao đều có độ sáng tương tự nhau, mặc dù chúng nằm ở những khoảng cách rất khác nhau so với chúng ta: lần lượt là 79, 250 và 860 năm ánh sáng. Điều này phản ánh thực tế là các ngôi sao màu xanh có nhiều loại khác nhau – Regulus là một ngôi sao thuộc dãy chính, Spica là một người khổng lồ xanh và Rigel là một siêu khổng lồ màu xanh – tùy thuộc vào vị trí của chúng trong vòng đời tiến hóa của chúng.
Tuy nhiên, ngôi sao lớn nhất được quan sát cho đến nay là siêu khổng lồ màu xanh R136a1, chứa ít nhất 265 lần vật chất so với mặt trời.
Vòng đời của một ngôi sao xanh là gì?
Tất cả các ngôi sao đều trải qua chu kỳ sống, thay đổi diện mạo và hành vi của chúng trên một khoảng thời gian quá chậm để chúng ta có thể quan sát trực tiếp. Hầu hết các ngôi sao mà chúng ta nhìn thấy đều ở trong giai đoạn ‘chuỗi chính’ của quá trình tiến hóa của chúng, trong đó chúng chuyển đổi hydro thành heli thông qua phản ứng tổng hợp hạt nhân. Lượng thời gian chúng dành cho giai đoạn này và những gì xảy ra sau đó phụ thuộc vào khối lượng của ngôi sao.
Các ngôi sao có khối lượng cao nhất, lớn hơn ba lần khối lượng của mặt trời, có màu xanh lam khi chúng ở trên dãy chính và chúng đi qua tất cả nhiên liệu hydro của chúng nhanh hơn so với các ngôi sao có khối lượng thấp hơn.
Khi một ngôi sao màu xanh lam gần kết thúc giai đoạn đốt cháy hydro, nó đi vào trạng thái chuyển tiếp tương đối ngắn như một ngôi sao khổng lồ xanh có độ phát sáng cao hơn. Khi nó tiến triển qua giai đoạn này, nhiệt độ lõi tăng đều đặn cho đến khi nó đủ cao để kích hoạt phản ứng tổng hợp heli thành các nguyên tố nặng hơn như carbon và oxy. Điều này làm cho ngôi sao bước vào giai đoạn sáng hơn nữa với tư cách là một siêu khổng lồ màu xanh lam. Những ngôi sao này có độ sáng thực sự rất lớn; ví dụ, siêu khổng lồ màu xanh Rigel phát ra năng lượng gấp 60.000 lần mặt trời.
– Sirius: Ngôi sao sáng nhất trên bầu trời đêm của Trái đất
– Arcturus: Sự thật về ngôi sao khổng lồ đỏ tươi
– Câu chuyện đằng sau những ngôi sao là gì?
Chúng ta đã thấy rằng các ngôi sao màu xanh lam có màu xanh lam vì chúng rất nóng và nhiệt độ cao có nghĩa là chúng đốt cháy nhiên liệu nhanh hơn nhiều so với các ngôi sao khác. Vì vậy, thực tế là họ bắt đầu với nguồn cung cấp nhiên liệu hạn chế cho thấy chúng ta không bao giờ nên nhìn thấy bất kỳ ‘ngôi sao xanh già’ nào.
Tuy nhiên, những ngôi sao như vậy, được gọi là ‘blue stragglers’, trên thực tế vẫn tồn tại. Đây là những ngôi sao màu xanh, nóng vẫn nằm trong dãy chính mặc dù chúng nằm trong các cụm sao mà chúng ta biết là rất lâu đời. Lời giải thích khả dĩ nhất là những ngôi sao màu xanh lam là những ngôi sao cũ, màu đỏ đã được trẻ hóa bởi vật chất mới rơi vào chúng từ một người bạn đồng hành nhị phân.
Những ngôi sao xanh khổng lồ là gì?
Định nghĩa cơ bản của một ngôi sao ‘khổng lồ’ là một ngôi sao sáng hơn một ngôi sao trong dãy chính. Như tên cho thấy, một phần lý do cho điều này đơn giản là những ngôi sao như vậy có kích thước rất lớn. Điều đó đặc biệt đúng với loại sao khổng lồ phổ biến nhất, những ngôi sao khổng lồ đỏ.
Hầu hết các ngôi sao, bao gồm cả mặt trời, cuối cùng sẽ trở thành những ngôi sao khổng lồ màu đỏ, và đó là trường hợp của các ngôi sao màu xanh lam. Tuy nhiên, trước đó trong cuộc đời của họ, những người sau này sẽ trải qua thời gian như những người khổng lồ xanh và siêu khổng lồ, và đây là những ‘người khổng lồ’ do lượng năng lượng khổng lồ mà chúng tỏa ra so với kích thước vật lý của chúng.
Rigel, ví dụ, một siêu khổng lồ màu xanh trong chòm sao Orion, chỉ có đường kính gấp 79 lần mặt trời, so với hơn 550 lần trong trường hợp siêu khổng lồ màu đỏ Betelgeuse trong cùng một chòm sao.
Thông tin thêm
Để biết thêm thông tin về vật lý của các ngôi sao và sự khác biệt của chúng, hãy xem “Các quá trình sao và sao (mở trong tab mới)“của Mike Guidry và” Cuộc sống bí mật của các vì sao: Vật lý thiên văn cho mọi người (mở trong tab mới)“của Lisa Harvey-Smith.