Các hằng tinh có phải vĩnh viễn tồn tại không?
Những ngôi sao năm này qua năm khác vẫn tỏa sáng, dường như chẳng bao giờ thay đổi. Vậy hằng tinh có thật sự mãi mãi bất biến không? Không phải như vậy. Hằng tinh không chỉ vận động rất nhanh trong vũ trụ, mà cũng giống con người, chúng phải trải qua các giai đoạn sinh ra, lớn lên, già yếu rồi kết thúc. Những ngôi sao ta nhìn thấy trên trời có ngôi vừa mới sinh, có ngôi còn trẻ, có ngôi đang ở tuổi trung niên, và cũng có ngôi đã thoi thóp sắp tàn. Chỉ có điều, từ lúc ra đời đến khi mất đi, một hằng tinh phải trải qua hàng triệu năm, thậm chí hàng nghìn tỉ năm. Trong lịch sử văn minh nhân loại, đời sống con người so với tuổi thọ hằng tinh chỉ như một cái chớp mắt, nên ta mới cảm thấy các hằng tinh dường như vĩnh viễn không đổi.
Vật chất ban đầu hình thành hằng tinh là các đám khí giữa những ngôi sao, gọi là “mây phân tử hydro”. Mật độ trong đám mây này không đồng đều. Khi chịu tác động từ bên ngoài, vùng có mật độ cao sẽ co lại dưới tác dụng của lực hấp dẫn bản thân. Quá trình co ngót tiếp tục khiến mật độ và nhiệt độ bên trong đám mây tăng dần. Mây phân tử hydro ban đầu lần lượt biến thành mây nguyên tử hydro, mây ion, rồi sao hồng ngoại. Đó là lúc một hằng tinh mới ra đời, được gọi là hằng tinh nguyên thủy.
Hằng tinh nguyên thủy tiếp tục co lại. Khi nhiệt độ bên trong đạt khoảng 7 triệu °C, phản ứng nhiệt hạch biến hydro thành heli bắt đầu bùng nổ, liên tục sinh ra nguồn năng lượng lớn. Nguồn năng lượng ấy làm áp suất bên trong hằng tinh tăng lên đến mức cân bằng với lực hấp dẫn, khiến hằng tinh không còn tiếp tục co ngót. Khi mới hình thành, hằng tinh vẫn bị vùi trong vật chất còn sót lại của đám mây, nên ta chỉ có thể phát hiện chúng bằng kính viễn vọng hồng ngoại hoặc kính viễn vọng vô tuyến. Hằng tinh mới ra đời không ngừng phóng vật chất ra ngoài, tạo ra luồng gió rất mạnh, có tốc độ mỗi giây lên tới hàng trăm hoặc hàng nghìn km. Khi luồng gió thổi sạch vật chất tàn dư xung quanh, mắt thường mới có thể nhìn thấy ánh sáng của ngôi sao. Lúc này hằng tinh đã trở thành “người lớn”, tương đối ổn định, gọi là sao chính. Giai đoạn sao chính là thời kỳ thịnh vượng và sung sức nhất trong đời hằng tinh. Mặt Trời của chúng ta hiện đang ở giai đoạn này.
Thời gian hằng tinh ở lại giai đoạn sao chính phụ thuộc vào tốc độ tiêu hao nhiên liệu hạt nhân hydro. Hằng tinh càng tiêu hao nhiều thì giai đoạn này càng ngắn. Mặt Trời là hằng tinh có mức tiêu hao trung bình, nên giai đoạn sao chính của nó kéo dài khoảng 10 tỉ năm. Hiện nay Mặt Trời đã khoảng 5 tỉ năm tuổi. Những hằng tinh có khối lượng gấp 10 lần Mặt Trời chỉ ở giai đoạn chính vài chục triệu năm, còn những hằng tinh có khối lượng chỉ bằng một phần của Mặt Trời có thể kéo dài trên trăm tỉ năm.
Sau khi nhiên liệu hydro trong lõi hằng tinh cạn, hằng tinh bắt đầu đi xuống. Bên trong nó xuất hiện phản ứng nhiệt hạch biến heli thành cacbon, còn phản ứng hydro chuyển ra lớp vỏ ngoài. Điều này làm lớp vỏ ngoài nóng lên, thể tích không ngừng giãn nở, cuối cùng có thể lớn gấp hàng nghìn lần ban đầu, trở thành sao đỏ khổng lồ. Ngôi sao đỏ “Tham tú thứ 4” mà ta thấy trong đêm đông chính là một sao đỏ nổi tiếng như thế. Sau này, khi trở thành sao đỏ, Mặt Trời có thể còn tồn tại thêm khoảng một tỉ năm.
Sau giai đoạn sao đỏ khổng lồ, hằng tinh dần bước vào tuổi già. Đặc điểm chủ yếu của hằng tinh già là không ổn định, kích thước và độ sáng thường xuyên biến đổi. Biến tinh Zao phu nổi tiếng cùng phần lớn các biến tinh đều thuộc giai đoạn này.
Thời kỳ già yếu của hằng tinh tương đối ngắn. Khi ấy, các chất như heli, CO2 và oxy trong nội bộ hằng tinh lần lượt tham gia phản ứng nhiệt hạch, cuối cùng phần lớn biến thành sắt. Khi năng lượng bị tiêu hao hết, phản ứng nhiệt hạch ngừng lại.
Nguồn năng lượng lớn vốn sinh ra từ phản ứng nhiệt hạch bị các hạt nơtron và bức xạ mang đi, khiến áp suất bên trong hằng tinh giảm rất nhanh. Lực hấp dẫn một lần nữa thắng áp suất bức xạ, làm hằng tinh co lại, thậm chí suy sập rất nhanh. Hằng tinh khi đó bước vào giai đoạn hấp hối. Những hằng tinh tương tự Mặt Trời sẽ co lại lặng lẽ trong thời gian dài rồi biến thành sao lùn trắng. Ngôi sao rất sáng đi cùng sao Thiên Lang mà ta nhìn thấy chính là một sao lùn trắng điển hình. Còn những hằng tinh có khối lượng lớn sẽ suy sập mạnh và nổ thành siêu tân tinh; sau khi bắn ra lượng vật chất khổng lồ, phần lõi của chúng có thể trở thành sao nơtron hoặc lỗ đen.
Một hằng tinh kết thúc cuộc đời rực rỡ của mình như thế.
