Một vụ nổ supernova là kết thúc rực rỡ của một sao khổng lồ. Trong một khoảnh khắc ngắn ngủi của thang thời gian vũ trụ, ngôi sao nỗ lực hết mình để tiếp tục tỏa sáng nhưng rốt cục tự nó mờ dần đi và cuối cùng sụp đổ thành một sao neutron hoặc một lỗ đen khối lượng sao. Chúng ta thường nghĩ rằng tất cả các sao có khối lượng trên 10 lần Mặt Trời sẽ kết thúc dưới dạng một vụ nổ supernova, nhưng một nghiên cứu mới cho thấy điều đó không đúng.
Không giống như vụ nổ supernova loại Ia thường thấy có thể do sự hợp nhất hoặc tương tác giữa hai sao gây ra, các sao nặng trải qua cái được gọi là supernova sụp đổ lõi. Các sao tồn tại được là nhờ sự cân bằng nhiệt và áp suất chống lại tương tác hấp dẫn. Khi nhiều nguyên tố được tổng hợp hơn, sao nặng cần phải sản sinh ra nhiệt bằng việc tổng hợp các nguyên tố nặng hơn bao giờ hết. Cuối cùng điều này dẫn tới tạo thành một lớp chứa các vùng nơi các nguyên tố khác nhau được tổng hợp. Nhưng chuỗi tổng hợp này chỉ được thực hiện tới nguyên tố sắt. Sau đó, việc tổng hợp các nguyên tố nặng hơn sẽ tiêu tốn nhiều năng lượng hơn là giải phóng chúng. Do đó, lõi sụp đổ tạo ra một sóng xung kích xé toạc ngôi sao.
Trong mô hình các sao nặng sắp chết, các supernova sụp đổ lõi xảy ra đối với những sao có khối lượng từ trên 9-10 lần khối lượng Mặt Trời lên tới khoảng 40-50 lần khối lượng Mặt Trời. Trên khối lượng đó, các sao có khả năng sụp đổ trực tiếp tạo thành một lỗ đen mà không phát nổ dưới dạng một vụ nổ supernova. Những sao có khối lượng rất lớn, từ 150 lần khối lượng Mặt Trời trở lên có thể phát nổ dưới dạng một vụ nổ hypernova. Những con quái vật này không phát nổ do sự sụp đổ lõi mà là do một hiệu ứng được gọi là sự bất ổn định cặp, nơi các photon được tạo ra trong lõi va chạm với nhau sinh ra các cặp electron và positron.
Theo nghiên cứu mới này, giới hạn khối lượng trên cho các supernova sụp đổ lõi có thể thấp hơn nhiều so với chúng ta nghĩ. Nhóm nghiên cứu đã xem xét hàm lượng của các nguyên tố có trong Arp 299 - một cặp thiên hà đang xảy ra va chạm. Do các thiên hà đang trong quá trình sáp nhập nên khu vực này được cho là một vùng tiềm năng xảy ra các vụ nổ supernova. Do đó, hàm lượng của nhiều nguyên tố có trong Arp 299 phụ thuộc phần lớn vào các nguyên tố được tạo ra trong các supernova. Nhóm nghiên cứu đã đo hàm lượng tương đối của Fe/O và của Ne,Mg/O thì phát hiện rằng tỷ lệ Ne/O và Mg/O tương tự như ở Mặt Trời, trong khi đó tỷ lệ Fe O thấp hơn nhiều so với mức ở Mặt Trời. Sắt có mặt trong vũ trụ chủ yếu được tạo ra từ các supernova dữ dội.
Các tỷ lệ mà nhóm nghiên cứu quan sát được không khớp với các mô hình sụp đổ lõi tiêu chuẩn, nhưng họ thấy rằng dữ liệu này hoàn toàn phù hợp với các mô hình vụ nổ supernova nếu loại trừ đi bất kỳ supernova nào có khối lượng từ khoảng 23 tới 27 lần khối lượng Mặt Trời. Nói cách khác, nếu chỉ xét các sao sụp đổ thành lỗ đen lớn hơn khoảng 27 lần khối lượng Mặt Trời thì các mô hình và quan sát sẽ ăn khớp với nhau.
Nghiên cứu này không có sức thuyết phục trong việc chứng minh rằng giới hạn khối lượng trên của các supernova nhỏ hơn chúng ta tưởng. Cũng có thể các vụ nổ supernova tạo ra lượng neon và magie cao hơn so với dự đoán của các mô hình. Dù bằng cách nào thì rõ ràng là chúng ta vẫn còn nhiều điều để tìm hiểu về khoảnh khắc cuối đời của các sao nặng.
Hồng Anh
Theo phys.org
