BETELGEUSE: ĐẶC ĐIỂM, SỰ HÌNH THÀNH, CẤU TRÚC VÀ THÀNH PHẦN - ARTE - 2025

Betelgeuse là ngôi sao alpha của chòm sao Orion, đó là lý do tại sao nó còn được gọi là alpha Orionis. Nó là một ngôi sao thuộc loại siêu khổng lồ màu đỏ, những ngôi sao có khối lượng lớn nhất, nhưng không nhất thiết phải là lớn nhất.

Mặc dù là ngôi sao alpha của Orion, Betelgeuse thoạt nhìn không phải là ngôi sao sáng nhất trong chòm sao, vì Rigel -beta Orionis- là ngôi sao nổi bật nhất. Tuy nhiên, trong quang phổ hồng ngoại và cận đỏ, Betelgeuse là sáng nhất, một thực tế có liên quan trực tiếp đến nhiệt độ bề mặt của nó.

Hình 1. Chòm sao Orion và bốn ngôi sao chính của nó, bao gồm cả Betelgeuse. Nguồn: Pixabay.

Ngôi sao này chắc chắn đã được quan sát từ thời cổ đại bởi những con người đầu tiên, do độ sáng lớn của nó. Theo thứ tự độ sáng, nó thường sáng thứ mười trên bầu trời đêm và như chúng ta đã nói, độ sáng thứ hai trong chòm sao Orion.

Các nhà thiên văn Trung Quốc vào thế kỷ 1 đã mô tả Betelgeuse là một ngôi sao màu vàng. Nhưng những nhà quan sát khác như Ptolemy gọi nó là màu cam hoặc hơi đỏ. Mãi sau này, trong thế kỷ 19, John Herschel đã quan sát thấy rằng độ sáng của nó có thể thay đổi.

Điều xảy ra là tất cả các ngôi sao đều tiến hóa, đó là lý do tại sao màu sắc của chúng thay đổi theo thời gian, vì nó đẩy khí và bụi ra khỏi các lớp bề mặt nhất. Điều này cũng làm thay đổi độ sáng của nó.

Đặc điểm chung

Betelgeuse là ví dụ đặc trưng của một ngôi sao siêu khổng lồ màu đỏ, được đặc trưng bởi có loại quang phổ K hoặc M và loại độ sáng I.

Chúng là những ngôi sao nhiệt độ thấp; Trong trường hợp của Betelgeuse, người ta tính rằng nó có nhiệt độ khoảng 3000 K. Nhiệt độ và màu sắc có liên quan với nhau, ví dụ một miếng sắt nóng có màu đỏ, nhưng nếu nhiệt độ tăng lên thì nó chuyển sang màu trắng.

Mặc dù chỉ mới 8 triệu năm tuổi, Betelgeuse đã phát triển nhanh chóng ngoài chuỗi chính, vì nhiên liệu hạt nhân của nó đã cạn kiệt và phình to như hiện nay.

Những ngôi sao khổng lồ này cũng có độ sáng thay đổi. Trong những năm gần đây, độ sáng của nó đã giảm dần, điều này đã khiến giới khoa học lo lắng, mặc dù gần đây nó đã được phục hồi.

Dưới đây là các đặc điểm chính của nó:

- Khoảng cách : Từ 500 đến 780 năm ánh sáng.

- Khối lượng : Từ 17 đến 25 lần khối lượng mặt trời.

- Bán kính : Từ 890 đến 960 bán kính mặt trời.

- Độ sáng : Từ 90.000 đến 150.000 độ sáng mặt trời.

- Trạng thái tiến hóa : siêu khổng lồ đỏ.

- Độ lớn biểu kiến : +0.5 (khả kiến) -3.0 (dải hồng ngoại J) -4.05 (dải hồng ngoại K).

- Tuổi : Từ 8 đến 10 triệu năm.

- Tốc độ xuyên tâm : +21,0 km / s

Betelgeuse thuộc lớp quang phổ M, có nghĩa là nhiệt độ của quang quyển của nó tương đối thấp. Nó được phân loại là loại M1-2 Ia-ab.

Trong biểu đồ phân loại quang phổ của Yerkes, hậu tố Ia-ab có nghĩa là nó là siêu lớn của độ sáng trung gian. Quang phổ phát sáng của Betelgeuse được dùng làm tham chiếu cho việc phân loại các ngôi sao khác.

Đường kính của Betelgeuse được ước tính là từ 860 đến 910 triệu km và nó là ngôi sao đầu tiên có đường kính được đo bằng phép đo giao thoa. Đường kính này có thể so sánh với đường kính của quỹ đạo Sao Mộc, tuy nhiên nó không phải là đường kính lớn nhất trong số các siêu khổng lồ đỏ.

Mặc dù có kích thước lớn, nó chỉ nặng gấp 10 đến 20 lần so với Mặt trời của chúng ta. Nhưng khối lượng của nó đủ lớn để quá trình tiến hóa sao diễn ra nhanh chóng, vì thời gian tồn tại của một ngôi sao là nghịch đảo của bình phương khối lượng của nó.

Sự hình thành và tiến hóa

Betelgeuse, giống như tất cả các ngôi sao, bắt đầu như một đám mây khổng lồ gồm khí hydro, heli và bụi vũ trụ với các nguyên tố hóa học khác, chúng ngưng tụ xung quanh một điểm trung tâm và làm tăng mật độ khối lượng của nó.

Có bằng chứng cho thấy đây là trường hợp hình thành các cụm sao, thường nằm trong các tinh vân cấu tạo bởi vật chất lạnh, thưa thớt giữa các vì sao.

Hình 2. Tinh vân IC396 với nhiều ngôi sao đang trong giai đoạn hình thành. Hình ảnh được chụp bằng tia hồng ngoại, vì quang phổ khả kiến ​​bị tinh vân hấp thụ. Nguồn: NASA / Spitzer.

Sự hình thành của một ngôi sao, sự sống và cái chết của nó, là một cuộc chiến vĩnh cửu giữa:

• Lực hấp dẫn, có xu hướng ngưng tụ tất cả vật chất tại một điểm và
• Động năng riêng của từng hạt cùng tạo ra áp suất cần thiết để thoát ra và nở ra khỏi điểm hút.

Khi đám mây ban đầu co lại về phía trung tâm, một tiền sao hình thành bắt đầu phát ra bức xạ.

Lực hấp dẫn làm cho các hạt nhân nguyên tử thu được động năng, nhưng khi dừng lại ở tâm dày đặc nhất của tiền sao, chúng phát ra bức xạ điện từ và do đó bắt đầu tỏa sáng.

Khi đạt đến điểm mà các hạt nhân hiđrô được đóng gói chặt chẽ như vậy và có đủ động năng để thắng lực đẩy tĩnh điện thì lực hấp dẫn mạnh bắt đầu tác dụng. Sau đó xảy ra phản ứng tổng hợp của các hạt nhân.

Trong phản ứng tổng hợp hạt nhân của hạt nhân hydro, hạt nhân heli và neutron được hình thành, với lượng động năng và bức xạ điện từ rất lớn. Điều này là do sự mất khối lượng trong phản ứng hạt nhân.

Đây là cơ chế chống lại lực nén trọng trường của một ngôi sao, thông qua áp suất động học và áp suất bức xạ. Miễn là ngôi sao ở trạng thái cân bằng này, nó được cho là nằm trong chuỗi chính.

Sân khấu khổng lồ đỏ

Quá trình được mô tả ở trên không kéo dài mãi mãi, ít nhất là đối với những ngôi sao rất lớn, vì khi hydro được chuyển thành heli, nhiên liệu sẽ cạn kiệt.

Theo cách này, áp suất chống lại sự sụp đổ của trọng trường đang giảm và do đó lõi của ngôi sao bị nén chặt lại, đồng thời khi lớp bên ngoài nở ra và một phần của các hạt, năng lượng mạnh nhất, thoát ra ngoài không gian, tạo thành đám mây bụi bao quanh ngôi sao.

Khi điều này xảy ra, trạng thái của người khổng lồ đỏ đã đạt đến và đây là trường hợp của Betelgeuse.

Hình 3. Betelgeuse, một siêu khổng lồ màu đỏ có kích thước từ 800 mặt trời đến 130 parsec trong chòm sao Orion, cho thấy đĩa sao của nó. (Nguồn: HST).

Trong quá trình tiến hóa sao, khối lượng của ngôi sao xác định thời gian sống và chết.

Một siêu khổng lồ như Betelgeuse có tuổi thọ ngắn, đi qua chuỗi chính rất nhanh, trong khi các sao lùn đỏ ít nặng hơn tỏa sáng khiêm tốn trong hàng triệu năm.

Betelgeuse ước tính đã 10 triệu năm tuổi và được coi là đang ở giai đoạn cuối của chu kỳ tiến hóa. Người ta cho rằng trong khoảng 100.000 năm nữa, vòng đời của nó sẽ kết thúc bằng một vụ nổ siêu tân tinh lớn.

Cấu trúc và thành phần

Betelgeuse có lõi dày đặc được bao quanh bởi lớp phủ và khí quyển, có đường kính gấp 4,5 lần đường kính quỹ đạo Trái đất. Nhưng vào năm 2011, người ta phát hiện ra rằng ngôi sao được bao quanh bởi một tinh vân vật chất khổng lồ có nguồn gốc từ chính nó.

Tinh vân bao quanh Betelgeuse kéo dài 60 tỷ km tính từ bề mặt của ngôi sao, gấp 400 lần bán kính quỹ đạo của Trái đất.

Trong giai đoạn cuối cùng, những người khổng lồ đỏ thải vật chất ra không gian xung quanh, một lượng rất lớn trong thời gian tương đối ngắn. Betelgeuse ước tính có khối lượng tương đương với khối lượng của Mặt trời chỉ trong 10.000 năm. Đây chỉ là một khoảnh khắc trong thời gian tuyệt vời.

Dưới đây là hình ảnh của ngôi sao và tinh vân của nó, thu được bằng kính thiên văn VLT đặt tại Cerro Paranal, Antofagasta, Chile bởi ESO (Tổ chức Nghiên cứu Thiên văn Châu Âu ở Nam Bán cầu).

Trong hình, vòng tròn màu đỏ trung tâm đúng là ngôi sao Betelgeuse, có đường kính gấp bốn lần rưỡi quỹ đạo Trái đất. Sau đó, đĩa đen tương ứng với một vùng rất sáng bị che đi để cho phép chúng ta nhìn thấy tinh vân bao quanh ngôi sao, như đã nói, kéo dài tới 400 lần bán kính quỹ đạo của Trái đất.

Hình ảnh này được chụp trong phạm vi hồng ngoại và được tô màu để có thể nhìn thấy các vùng khác nhau. Màu xanh lam tương ứng với bước sóng ngắn nhất và màu đỏ tương ứng với bước sóng dài nhất.

Hình 4. Vòng tròn nhỏ màu đỏ ở trung tâm là ngôi sao Betelgeuse, vòng tròn màu đen là mặt nạ của một vùng cực sáng. Xung quanh vòng tròn màu đen, bạn có thể nhìn thấy tinh vân bao gồm vật chất do ngôi sao phóng ra. (Nguồn: ESO-VLT)

Các yếu tố có trong Betelgeuse

Giống như tất cả các ngôi sao, Betelgeuse được cấu tạo chủ yếu từ hydro và heli. Tuy nhiên, vì nó là một ngôi sao đang ở giai đoạn cuối nên bên trong nó bắt đầu tổng hợp các nguyên tố nặng hơn từ bảng tuần hoàn.

Các quan sát về tinh vân xung quanh Betelgeuse, được tạo thành từ vật chất do ngôi sao ném xuống, cho thấy sự hiện diện của bụi silica và alumin. Vật liệu này là thứ tạo nên hầu hết các hành tinh đá, như Trái đất.

Điều này cho chúng ta biết rằng hàng triệu ngôi sao tương tự như Betelgeuse đã tồn tại trong quá khứ, cung cấp vật chất tạo nên các hành tinh đá trong hệ mặt trời của chúng ta, bao gồm cả Trái đất.

Sự suy giảm Betelgeuse

Trong thời gian gần đây Betelgeuse là tin tức trên báo chí quốc tế, kể từ đầu tháng 10 năm 2019, ánh sáng của nó bắt đầu mờ đi đáng kể, chỉ trong vài tháng.

Ví dụ: vào tháng 1 năm 2020, độ sáng của nó giảm 2,5. Tuy nhiên, đến ngày 22 tháng 2 năm 2020, nó ngừng mờ và bắt đầu lấy lại độ sáng.

Điều này đề cập đến quang phổ nhìn thấy được, tuy nhiên trong quang phổ hồng ngoại, độ sáng của nó vẫn khá ổn định trong 50 năm qua, điều này khiến các nhà thiên văn học nghĩ rằng nó không phải là một biến thể ánh sáng giống như biến thể xảy ra trong các giai đoạn dẫn đến một vụ nổ siêu tân tinh.

Ngược lại, nó nói về sự hấp thụ và phân tán của dải khả kiến ​​của quang phổ điện từ, do đám mây bụi mà chính ngôi sao đã trục xuất.

Đám mây bụi này trong suốt đối với tia hồng ngoại, nhưng không đối với quang phổ nhìn thấy được. Rõ ràng là đám mây bụi dày đặc bao quanh ngôi sao đang nhanh chóng di chuyển khỏi nó, vì vậy vai của Orion, thợ săn thần thoại, chắc chắn sẽ ở trên bầu trời lâu hơn nữa.

Người giới thiệu

1. Astronoo. Betelgeuse. Khôi phục từ: astronoo.com.
2. Pasachoff, J. 2007. Vũ trụ: Thiên văn học trong thiên niên kỷ mới. Ấn bản thứ ba. Thomson-Brooks / Cole.
3. Seeds, M. 2011. Cơ sở của Thiên văn học. Phiên bản thứ bảy. Học tập Cengage.
4. Mở cửa sổ. Mối quan hệ khối lượng-độ sáng. Được khôi phục từ: media4.obspm.fr
5. Wikipedia. Betelgeuse. Phục hồi từ: es.wikipedia.com
6. Wikipedia. Orion OB1 liên kết sao. Phục hồi từ: es.wikipedia.com