Để nghiên cứu vật lý hỗ trợ sự tiến hóa của sao lùn trắng, các nhà thiên văn học đã so sánh các sao lùn trắng lạnh trong hai cụm sao lớn: cụm sao M3 và M13. Hai nhóm này chia sẻ nhiều đặc tính vật lý như tuổi và sự khoáng hóa, nhưng các nhóm sao cuối cùng sẽ hình thành sao lùn trắng là khác nhau. Cùng với nhau, điều này làm cho M3 và M13 trở thành một phòng thí nghiệm tự nhiên lý tưởng để kiểm tra mức độ lạnh của các nhóm sao lùn trắng khác nhau. Nhà cung cấp hình ảnh: ESA / Hubble & NASA, G. Piotto và cộng sự.

Những ngôi sao sắp chết có thể làm cho họ trông trẻ hơn không? Hướng dẫn mới từ NASA/Thật đáng kinh ngạc Kính viễn vọng không gian Hubble Ông chỉ ra rằng sao lùn trắng có thể tiếp tục đốt cháy hydro trong giai đoạn sau của cuộc đời, khiến chúng có vẻ trẻ hơn so với thực tế. Khám phá này có thể có hậu quả đối với cách các nhà thiên văn đo tuổi của các cụm sao.

Quan điểm phổ biến về sao lùn trắng là sao trơ, nguội chậm đã bị thách thức bởi các quan sát từ Kính viễn vọng Không gian Hubble của NASA / ESA. Một nhóm các nhà thiên văn học quốc tế đã phát hiện ra bằng chứng đầu tiên cho thấy sao lùn trắng có thể làm chậm tốc độ lão hóa bằng cách đốt cháy hydro trên bề mặt của chúng.

Jianxing Chen của Alma Mater Studiorum Universita di Bologna và Viện Vật lý Thiên văn Quốc gia Ý, người đứng đầu nghiên cứu, giải thích: “Chúng tôi đã tìm thấy bằng chứng quan sát đầu tiên cho thấy sao lùn trắng vẫn có thể trải qua hoạt động nhiệt hạch ổn định”. “Đây là một bất ngờ lớn, bởi vì nó đi ngược lại những gì thông thường.”

Sao lùn trắng là những ngôi sao từ từ nguội dần sẽ lột bỏ lớp bên ngoài của chúng trong giai đoạn cuối của cuộc đời chúng. Chúng là những thứ phổ biến trong vũ trụ. Khoảng 98% tất cả các ngôi sao trong vũ trụ cuối cùng sẽ trở thành sao lùn trắng, bao gồm cả mặt trời của chúng ta.^[1] Nghiên cứu các giai đoạn nguội lạnh này giúp các nhà thiên văn học hiểu không chỉ về sao lùn trắng mà còn cả giai đoạn đầu của chúng.

Để điều tra vật lý cơ bản sao lùn trắng Quá trình tiến hóa, các nhà thiên văn học đã so sánh các sao lùn trắng lạnh trong hai cụm sao lớn: cụm sao M3 và M13.^[2] Hai nhóm này chia sẻ nhiều đặc tính vật lý như tuổi tác và sự khoáng hóa^[3] Nhưng các chòm sao cuối cùng sẽ tạo ra các sao lùn trắng khác nhau. Đặc biệt, màu tổng thể của các ngôi sao trong giai đoạn tiến hóa được gọi là nhánh ngang có màu xanh hơn ở M13, cho thấy sự hiện diện của một nhóm các ngôi sao nóng hơn. Cùng với nhau, điều này làm cho M3 và M13 trở thành một phòng thí nghiệm tự nhiên lý tưởng để kiểm tra mức độ lạnh của các nhóm sao lùn trắng khác nhau.

Hình ảnh này cho thấy một cái nhìn quy mô lớn của M13. Tín dụng hình ảnh: ESA / Hubble, Khảo sát bầu trời số hóa 2. Lời cảm ơn: D. De Martin

“Chất lượng đáng chú ý của các quan sát qua Hubble của chúng tôi đã cho chúng tôi cái nhìn đầy đủ về các cụm sao của hai nhóm tinh cầu”, Chen tiếp tục. “Điều này cho phép chúng tôi so sánh cách các ngôi sao phát triển trong M3 và M13.”

Sử dụng Máy ảnh Trường rộng 3 của Hubble, nhóm nghiên cứu đã quan sát M3 và M13 ở bước sóng gần tia cực tím, cho phép họ so sánh hơn 700 sao lùn trắng trong hai nhóm. Họ phát hiện ra rằng M3 chứa các sao lùn trắng tiêu chuẩn chỉ đơn giản là làm mát lõi sao. Mặt khác, M13 có hai tập hợp sao lùn trắng: sao lùn trắng tiêu chuẩn và những sao lùn trắng bám vào lớp vỏ bên ngoài của hydro, cho phép chúng cháy lâu hơn và do đó hạ nhiệt từ từ.

Bằng cách so sánh kết quả của họ với các mô phỏng máy tính về quá trình tiến hóa của sao ở M13, các nhà nghiên cứu có thể chỉ ra rằng gần 70% sao lùn trắng M13 đốt cháy hydro trên bề mặt của chúng, làm chậm tốc độ nguội đi.

Ảnh này cho thấy một góc nhìn rộng của M3. Tín dụng hình ảnh: ESA / Hubble, Khảo sát bầu trời số hóa 2. Lời cảm ơn: D. De Martin

Khám phá này có thể có hậu quả đối với cách các nhà thiên văn đo tuổi của các ngôi sao trên thế giới dải Ngân Hà. Sự tiến hóa của sao lùn trắng trước đây được mô phỏng như một quá trình nguội lạnh có thể dự đoán được. Mối quan hệ tương đối trực tiếp giữa tuổi và nhiệt độ này đã khiến các nhà thiên văn học sử dụng tốc độ nguội đi của sao lùn trắng như một đồng hồ tự nhiên để xác định tuổi của các cụm sao, đặc biệt là các cụm sao và cụm sao. Tuy nhiên, việc đốt cháy hydro cho sao lùn trắng có thể khiến các ước tính tuổi này không chính xác lên tới hàng tỷ năm.

Francesco Ferraro thuộc Alma Mater Studiorum Universita di Bologna và Viện Vật lý Thiên văn Quốc gia Ý, người điều phối nghiên cứu, cho biết: “Khám phá của chúng tôi thách thức định nghĩa về sao lùn trắng khi chúng ta xem xét một góc độ mới về cách các ngôi sao già đi. “Chúng tôi hiện đang nghiên cứu các cụm sao khác tương tự như M13 để hạn chế các điều kiện thúc đẩy các ngôi sao duy trì lớp vỏ hydro mỏng cho phép chúng già đi từ từ.”

Ghi chú

1. Mặt trời chỉ có 4,6 tỷ năm tuổi trong vòng đời 10 tỷ năm của nó. Một khi Mặt trời cạn kiệt hydro trong lõi của nó, Mặt trời sẽ phồng lên thành một sao khổng lồ màu đỏ, nhấn chìm các hành tinh bên trong và thiêu đốt bề mặt Trái đất. Sau đó, nó sẽ rụng các lớp bên ngoài, để lại phần lõi tiếp xúc với ánh nắng mặt trời như một ngôi sao lùn trắng nguội từ từ. Sao than hồng này sẽ cực kỳ dày đặc, tập hợp một phần đáng kể khối lượng của Mặt trời vào một hình cầu có kích thước gần bằng Trái đất.
2. M3 chứa gần nửa triệu ngôi sao và nằm trong chòm sao Canes Venatici. M13 – đôi khi còn được gọi là Đại Cụm sao của Hercules – chứa ít ngôi sao hơn một chút, chỉ vài trăm nghìn. Sao lùn trắng thường được sử dụng để ước tính tuổi của các cụm sao cầu và do đó, một lượng lớn thời gian của Hubble đã được dành cho việc khám phá các sao lùn trắng trong các cụm sao cầu cổ đại, đông dân cư. Hubble đã trực tiếp quan sát sự hiện diện của sao lùn trắng trong các cụm sao hình cầu lần đầu tiên vào năm 2006.
3. Các nhà thiên văn học sử dụng từ “kim loại” để mô tả tỷ lệ một ngôi sao được tạo thành từ các nguyên tố khác ngoài hydro và heli. Phần lớn vật chất trong vũ trụ là hydro hoặc heli – lấy ví dụ như Mặt trời, 74,9% khối lượng của nó là hydro, 23,8% là heli, và 1,3% còn lại là hỗn hợp của tất cả các nguyên tố khác, mà các nhà thiên văn tham khảo như “kim loại.”

thêm thông tin

Kính viễn vọng Không gian Hubble là một dự án hợp tác quốc tế giữa Cơ quan Vũ trụ Châu Âu và NASA.

Nhóm các nhà thiên văn học quốc tế trong nghiên cứu này bao gồm Jiancheng Chen (Alma Mater Studiorum Universita di Bologna và Đài quan sát thiên văn và vũ trụ ở Bologna), Francesco R Ferraro (Alma Mater Studiorum Universita di Bologna và Đài thiên văn và vật lý thiên văn ở Bologna), Mario Cadialano ( Đài thiên văn và Khoa học vũ trụ Bologna), Maurizio Salaris (Đại học Liverpool John Moores), Barbara Lanzoni (Alma Mater Studiorum Universita di Bologna và Đài thiên văn và Khoa học vũ trụ Bologna), Christina Palanca (Alma Mater Studiorum Universita di Bologna) và Leandro G. Althaus (Universidad Nacional de La Plata và CCT – CONICET Centro Cientifico Tecnologico La Plata) và Emanuele Dalessandro (Đài thiên văn và Khoa học vũ trụ ở Bologna).