Giải thích: Làm thế nào các ngôi sao cung cấp carbon để tạo ra sự sống

Khi một ngôi sao chết đi, nó sẽ giải phóng các nguyên tố khác nhau bao gồm carbon vào môi trường xung quanh. Nghiên cứu mới về sao lùn trắng đặt giới hạn kích thước cho các ngôi sao đã làm giàu Dải Ngân hà bằng carbon

Nghiên cứu mới đã phân tích các sao lùn trắng trong cụm sao này. Được gọi là NGC 7789, nó cách chúng ta khoảng 8.000 năm ánh sáng. Nó còn được gọi là Caroline’s Rose, theo tên của nhà thiên văn học Caroline Lucretia Herschel, người đã phát hiện ra nó vào cuối thế kỷ 18. (Nhà cung cấp hình ảnh: Guillaume Seigneuret qua NASA)

Carbon cần thiết cho sự sống: Nó là khối cấu tạo đơn giản của tất cả các phân tử hữu cơ phức tạp mà sinh vật cần. Người ta biết rằng tất cả các-bon trong Dải Ngân hà đến từ những ngôi sao sắp chết đã đẩy nguyên tố này ra môi trường xung quanh chúng. Tuy nhiên, điều vẫn còn được tranh luận là loại ngôi sao nào đã đóng góp chính.

Giờ đây, một nghiên cứu đã cung cấp những hiểu biết mới về nguồn gốc của carbon trong thiên hà của chúng ta. Được xuất bản trên tạp chí 'Nature Astronomy' bởi một nhóm các nhà nghiên cứu quốc tế, nghiên cứu là một phân tích về sao lùn trắng - tàn tích dày đặc của một ngôi sao sau khi nó chết.

Làm thế nào để carbon đến từ các ngôi sao?

Hầu hết các ngôi sao - ngoại trừ những ngôi sao lớn nhất - sẽ biến thành sao lùn trắng. Khi những con khổng lồ chết đi, chúng kéo theo một vụ nổ ngoạn mục được gọi là siêu tân tinh. Cả những ngôi sao có khối lượng thấp và khối lượng lớn đều đẩy tro của chúng ra môi trường xung quanh trước khi chúng kết thúc cuộc đời. Và những đống tro tàn này chứa nhiều nguyên tố hóa học khác nhau, bao gồm cả cacbon.

Cả trong các ngôi sao có khối lượng thấp và các ngôi sao lớn, carbon đều được tổng hợp trong phần bên trong sâu và nóng của chúng thông qua phản ứng ba-alpha, đó là sự hợp nhất của ba hạt nhân heli, tác giả chính của nghiên cứu, Paola Marigo tại Đại học Padua ở Ý, kể lại Trang web này , bằng email.

Trong các ngôi sao có khối lượng thấp, carbon mới được tổng hợp được vận chuyển lên bề mặt [từ bên trong] thông qua các bong bóng khí khổng lồ và từ đó được bơm vào vũ trụ thông qua các cơn gió sao. Các ngôi sao khổng lồ làm giàu cho môi trường giữa các vì sao chủ yếu là cacbon trước khi xảy ra vụ nổ siêu tân tinh, khi chúng cũng trải qua những cơn gió mạnh của sao, cô nói.

Điều mà các nhà vật lý thiên văn tranh luận là liệu carbon trong Dải Ngân hà có nguồn gốc từ các ngôi sao khối lượng thấp trước khi chúng trở thành sao lùn trắng, hay từ gió của các ngôi sao lớn trước khi chúng phát nổ như siêu tân tinh. Nghiên cứu mới cho thấy sao lùn trắng có thể làm sáng tỏ hơn về nguồn gốc của carbon trong Dải Ngân hà.

Vì vậy, nghiên cứu đã tìm thấy những gì?

Từ tháng 8 đến tháng 9 năm 2018 tại Đài quan sát Keck ở Hawaii, các nhà nghiên cứu đã phân tích một vài sao lùn trắng thuộc các cụm sao mở của Dải Ngân hà. Họ đo khối lượng của các sao lùn trắng, suy ra khối lượng của chúng khi mới sinh và từ đó tính toán quan hệ khối lượng ban đầu - cuối cùng - một biện pháp vật lý thiên văn quan trọng tích hợp thông tin về toàn bộ vòng đời của các ngôi sao.

Họ phát hiện ra rằng mối quan hệ đi ngược lại một xu hướng - ngôi sao khi sinh ra càng có khối lượng lớn thì sao lùn trắng còn lại khi chết càng nặng. … Chúng tôi bị bất ngờ bởi một kết quả bất ngờ và theo một cách nào đó, là một kết quả kỳ lạ: khối lượng của những sao lùn trắng đó lớn hơn đáng kể so với những gì mà các nhà vật lý thiên văn tin tưởng cho đến nay. Đáng ngạc nhiên hơn nữa, chúng tôi nhận ra rằng sự bao gồm của chúng đã phá vỡ sự tăng trưởng tuyến tính, tạo ra một loại gợn sóng nhỏ trong mối quan hệ, một đường gấp khúc nhỏ đạt đỉnh ở khối lượng ban đầu xung quanh khối lượng bằng 2 lần khối lượng mặt trời, Marigo đã viết cho ‘Nature’ trong một bài báo về bài báo nghiên cứu.

Cho đến nay, các ngôi sao được sinh ra cách đây khoảng 1,5 tỷ năm trong thiên hà của chúng ta được cho là đã tạo ra các sao lùn trắng có khối lượng bằng 60-65% khối lượng Mặt trời của chúng ta. Thay vào đó, chúng được phát hiện đã chết để lại những tàn tích nhỏ gọn hơn khổng lồ hơn, khoảng 70-75% khối lượng mặt trời.

Express Explained hiện đã có trên Telegram. Nhấp chuột vào đây để tham gia kênh của chúng tôi (@ieexplained) và luôn cập nhật những thông tin mới nhất

Điều gì giải thích điều này?

Theo cách giải thích của mình, Marigo và các đồng nghiệp đặt ra những ràng buộc nghiêm ngặt về cách thức và thời điểm carbon được tạo ra bởi các ngôi sao trong thiên hà của chúng ta, và cuối cùng bị mắc kẹt trong vật liệu thô mà từ đó Mặt trời và hệ hành tinh của nó được hình thành cách đây 4,6 tỷ năm.

Trong giai đoạn cuối của vòng đời, những ngôi sao có khối lượng bằng 2 lần khối lượng Mặt Trời tạo ra các nguyên tử cacbon mới trong phần bên trong nóng của chúng, vận chuyển chúng lên bề mặt, và cuối cùng lan truyền chúng vào môi trường giữa các vì sao thông qua các cơn gió sao nhẹ. Các mô hình sao chi tiết của chúng tôi chỉ ra rằng sự tước bỏ lớp vỏ ngoài giàu carbon diễn ra đủ chậm để cho phép lõi trung tâm của những ngôi sao này, tức sao lùn trắng trong tương lai, phát triển đáng kể về khối lượng, Marigo viết.

Từ việc phân tích mối quan hệ khối lượng ban đầu-cuối cùng xung quanh đường gấp khúc nhỏ, các nhà nghiên cứu đã rút ra kết luận của họ về phạm vi kích thước của các ngôi sao đã đóng góp carbon vào Dải Ngân hà. Những ngôi sao có khối lượng lớn hơn 2 lần khối lượng mặt trời cũng góp phần vào việc làm giàu carbon của thiên hà. Những ngôi sao có khối lượng nhỏ hơn 1,65 khối lượng Mặt trời thì không. Nói cách khác, 1,65-Msun [1,65 lần khối lượng của Mặt trời] đại diện cho khối lượng tối thiểu để một ngôi sao phát tán tro bụi giàu carbon của nó khi chết, Marigo viết.

So sánh điều này với các lý thuyết hiện có về làm giàu carbon như thế nào?

Trên thực tế, nghiên cứu của chúng tôi không có lợi cho cả hai kịch bản, Marigo nói với The Indian Express. Cả hai nguồn (sao khối lượng thấp và khối lượng lớn) đều có thể đóng góp, với tỷ lệ khác nhau (vẫn chưa chắc chắn). Cô ấy nói rằng việc cố định khối lượng ban đầu tối thiểu để sản xuất carbon trong các ngôi sao có khối lượng thấp là một kết quả có giá trị vì nó giúp ghép các mảnh ghép lại với nhau.

Chia Sẻ VớI BạN Bè CủA BạN: