Sao Lùn trắng có thể phát nổ như bom hạt nhân

Sao Lùn trắng là phần lõi hành tinh đang mờ dần của các ngôi sao đã chết, bị bỏ lại sau khi các ngôi sao có kích thước trung bình cạn kiệt nhiên liệu và bong đi các lớp bên ngoài. Một ngày nào đó, Mặt trời cũng sẽ trở thành một ngôi sao Lùn trắng, giống như hơn 90% ngôi sao trong Dải Ngân hà.

Nghiên cứu trước đây cho thấy, sao Lùn trắng có thể chết trong vụ nổ hạt nhân được gọi là siêu tân tinh loại I-A. Vẫn chưa rõ điều gì gây ra những vụ nổ này, nhưng các nghiên cứu cho thấy chúng có thể xảy ra khi một ngôi sao Lùn trắng lấy thêm nhiên liệu từ một ngôi sao đồng hành trong hệ nhị phân, có lẽ là từ một vụ va chạm. Ngược lại, siêu tân tinh loại II xảy ra khi một ngôi sao đơn chết và sụp đổ vào trong.

Hiện nay, các nhà nghiên cứu đã phát hiện quá trình xảy ra vụ nổ siêu tân tinh loại Ia, đó là sao Lùn trắng bị kích nổ như vũ khí hạt nhân. Khi sao Lùn trắng nguội đi, uranium và các nguyên tố phóng xạ nặng khác được gọi là actinides kết tinh trong lõi của nó.

Nếu lượng actinide vượt qua khối lượng nhất định, chúng có thể kích hoạt phản ứng chuỗi phân hạch hạt nhân, dẫn tới phát nổ. Vụ nổ bộc phát sau đó có thể thúc đẩy phản ứng hợp hạch, hạt nhân nguyên tử kết hợp sinh ra năng lượng khổng lồ. Tương tự, bom hydro sử dụng phản ứng chuỗi phân hạch hạt nhân để kích hoạt vụ nổ từ phản ứng hợp hạch.

Các tính toán và mô phỏng máy tính của nghiên cứu mới cho thấy một khối lượng tới hạn của uranium thực sự có thể kết tinh từ hỗn hợp các nguyên tố thường được tìm thấy trong một ngôi sao Lùn trắng đang nguội.

Nếu uranium này phát nổ do phản ứng dây chuyền phân hạch hạt nhân, các nhà khoa học nhận thấy rằng nhiệt và áp suất tạo ra trong lõi của sao lùn trắng có thể đủ cao để kích hoạt phản ứng tổng hợp các nguyên tố nhẹ hơn, chẳng hạn như carbon và oxy, tạo thành vụ nổ siêu tân tinh.

Đồng tác giả nghiên cứu Charles Horowitz, nhà vật lý thiên văn hạt nhân tại Đại học Indiana cho biết: “Các điều kiện để chế tạo và giải phóng bom nguyên tử rất phức tạp.

Tôi rất ngạc nhiên khi những điều kiện này có thể được thỏa mãn một cách tự nhiên bên trong một ngôi sao Lùn trắng rất dày đặc. Nếu giả thuyết này là đúng, điều này cung cấp một cách rất mới để suy nghĩ về siêu tân tinh nhiệt hạch, và có lẽ là các vụ nổ vật lý thiên văn khác”.

Vậy, cơ chế mới này có thể giúp giải thích bao nhiêu vụ nổ siêu tân tinh loại I-A? “Có lẽ khoảng một nửa” - Horowitz nói.

Cụ thể thì những phát hiện mới này có thể giải thích các vụ nổ siêu tân tinh loại I-A xảy ra trong vòng một tỷ năm sau sự hình thành của sao Lùn trắng, vì uranium của chúng vẫn chưa bị phân rã phóng xạ. Khi nói đến sao Lùn trắng cũ hơn, siêu tân tinh loại I-A có thể xảy ra thông qua sự hợp nhất của hai sao Lùn trắng.

Nghiên cứu trong tương lai có thể bao gồm chạy các mô phỏng máy tính để xác định xem liệu các phản ứng dây chuyền phân hạch trong sao Lùn trắng có thể kích hoạt phản ứng tổng hợp hay không và điều này xảy ra như thế nào.

Horowitz cho biết: “Có nhiều quá trình vật lý khác nhau diễn ra trong vụ nổ, và do đó có nhiều khả năng không chắc chắn. Công việc như vậy cũng có thể tiết lộ các cách để phát hiện xem có hay không bất kỳ siêu tân tinh loại I-A nào xảy ra nhờ cơ chế mới này được phát hiện”.

Horowitz và cộng sự Matt Caplan, nhà vật lý thiên văn ở Đại học Illinois, mô tả phát hiện trên tạp chí Physical Review Letters.