Vì sao mặt trời là một ngôi sao

"Một ngôi sao là một thiên thể dạng cầu ở thể plasma, phát ra ánh sáng và tự chống lại được lực hấp dẫn bản thân nhờ phản ứng kết hợp hạt nhân trong lòng của nó"

Ngôi sao nhỏ nhất được biết đến trong thiên hà Milky Way của chúng ta được gọi là EBLM J0555-57Ab, một ngôi sao cách chúng ta 600 năm ánh sáng, bán kính trung bình khoảng 59.000 km, nó lớn hơn một chút so với Sao Thổ. Đó cũng là ngôi sao được biết đến hỗ trợ phản ứng tổng hợp hydro trong lõi của nó, quá trình giữ cho các ngôi sao phát sáng cho đến khi hết nhiên liệu. Còn trong hệ mặt trời của chúng ta, có hai vật thể lớn hơn ngôi sao nhỏ này là Mặt Trời và Sao Mộc - được ví như "một muỗng kem khổng lồ" với bán kính trung bình 69.911 km. Nhưng tại sao Sao Mộc chỉ được xem là một hành tinh mà không phải là một ngôi sao? 

Câu trả lời rất đơn giản và ngắn gọn: Sao Mộc không có đủ khối lượng để nung chảy hydro thành heli. EBLM J0555-57Ab có khối lượng gấp khoảng 85 lần khối lượng của Sao Mộc, nhẹ tương đương với một ngôi sao, nếu nó nhẹ hơn, nó cũng không thể đốt cháy hydro. Vậy liệu Sao Mộc có thể biến "bốc cháy" để thành một ngôi sao không, nếu giả thuyết rằng hệ Mặt Trời của chúng ta có những đặc điểm khác?

Những hành tinh khí khổng lồ có thể không phải là một ngôi sao, nhưng Sao Mộc là một thực thể khá phức tạp. Khối lượng của nó  gấp 2,5 lần khối lượng  của tất cả các hành tinh khác cộng lại, một hành tinh khí khổng lồ nhưng có mật độ thực sự thấp: khoảng 1,33 gam trên một cm khối, mật độ khí ở Trái Đất là 5,51 gam trên một cm khối, cao hơn bốn lần so với sao Mộc.

Tuy nhiên, Sao Mộc và Mặt Trời có những điểm tương đồng rât thú vị. Mật độ của Mặt trời là 1,41 gam trên một cm khối, tương đương với Sao Mộc và cả hai đối tượng này đều rất giống nhau về mặt cấu tạo. Tính theo khối lượng, Mặt trời có khoảng 71% hydro và 27% heli, phần còn lại được tạo thành từ một lượng nhỏ của các nguyên tố khác. Còn Sao Mộc tính theo khối lượng là khoảng 73 % hydro và 24 % heli. Chính vì lý do này mà Sao Mộc đôi khi được gọi là một "ngôi sao thất bại" nhưng vẫn không thể có khả năng xảy ra rằng đối với các thiết bị của Hệ Mặt trời, Sao Mộc sẽ trở thành một ngôi sao. 

Thực tế là các ngôi sao và các hành tinh được sinh ra thông qua những cơ chế hoàn toàn khác nhau. Trong khi các ngôi sao được sinh ra khi một nút vật chất dày đặc trong đám mây phân tử giữa sự sụp đổ của các vì sao dưới lực hấp dẫn của chính nó. Khi những ngôi sao này quay, nó sẽ cuốn theo nhiều vật chất hơn từ đám mây xung quanh nó vào một đĩa bồi tụ hình sao. Khi khối lượng, đồng thời cũng là trọng lực của nó tăng lên, lõi ngôi sao còn bị ép chặt hơn, khiến nhiệt độ của nó ngày càng tăng. Cuối cùng nó trở nên nén và nóng đến bốc cháy cả phần lõi và gây ra phản ứng nhiệt hạch. 

Theo những hiểu biết khoa học về sự hình thành các ngôi sao, khi một ngôi sao đã hoàn thành việc bồi đắp vật chất, thì toàn bộ đĩa bồi tụ là những phần còn lại hỗ trợ cho sự hình thành của các hành tinh. Các nhà thiên văn học cho rằng, đối với những "người khí khổng lồ" như Sao Mộc thì quá trình này (được gọi là quá trình bồi tụ cuội)  bắt đầu với những khối đá và bụi nhỏ trong đĩa. Khi chúng quay quanh một ngôi sao con, những mảnh vật chất này bắt đầu va chạm, dính vào nhau bằng lực tĩnh điện. Cuối cùng những khối vật chất đang phát triển này đạt đến một kích thước đủ lớn - bằng khoảng 10 lần khối lượng Trái Đất thì chúng sẽ thu hút ngày càng nhiều khí từ quỹ đạo quanh nó nhờ trọng lực lớn.

Cũng từ thời điểm được hình thành, Sao Mộc sẽ dần lớn lên với khối lượng như hiện tại, khoảng 318 lần khối lượng Trái đất và bằng 1/1000 khối lượng Mặt Trời. Một khi nó đã hút hết tất cả các vật chất có sẵn xung quanh nó - ở mức khá nhỏ so với khối lượng cần thiết cho phản ứng tổng hợp hydro thì nó ngừng phát triển. Chính vì vậy, Sao Mộc thậm chí còn chưa bao giờ có kích thước gần đủ lớn để trở thành một ngôi sao. Sao Mộc có thành phần tương tự như Mặt trời không phải vì nó là một "ngôi sao thất bại" mà vì nó được sinh ra từ cùng một đám mây khí phân tử đã sinh ra Mặt trời.

Vũ trụ bao la còn một lớp vật thể khác được coi là "những ngôi sao thất bại.". Đây là những sao lùn nâu, và chúng lấp đầy khoảng trống giữa các sao khí khổng lồ và các ngôi sao khác. Những ngôi sao này có khối lượng lớn gấp khoảng 13 lần sao Mộc, chúng đủ lớn để để hỗ trợ phản ứng tổng hợp lõi - không phải bằng hydro thông thường, mà là deuterium. Nguyên tố này còn được gọi là hydro "nặng" - một đồng vị của hydro với một proton và một neutron trong hạt nhân thay vì chỉ một proton duy nhất. Nhiệt độ và áp suất nhiệt hạch của nó thấp hơn nhiệt độ và áp suất nhiệt hạch của hydro.

Phản ứng trong lõi của những "ngôi sao thất bại" này xảy ra ở khối lượng, nhiệt độ và áp suất thấp hơn, phản ứng tổng hợp deuterium là bước trung gian trên con đường tạo ra phản ứng tổng hợp hydro cho các ngôi sao, khi chúng tiếp tục tích tụ khối lượng. Tuy nhiên, một số đối tượng không bao giờ đạt được khối lượng đó, chúng được gọi là sao lùn nâu.

Trong suốt thời gian sau khi sự tồn tại của những ngôi sao này được xác nhận vào khoảng năm 1995, chúng ta vẫn chưa biết sao lùn nâu là những ngôi sao không hoạt động hay những hành tinh "đầy tham vọng". Tuy nhiên, một số nghiên cứu đã chứng minh rằng chúng hình thành và tồn tại giống như các ngôi sao, từ sự phân rã của những đám mây phân tử  chứ không phải do bồi tụ lõi. Và một số sao lùn nâu thậm chí còn thấp hơn cả điều kiện khối lượng để đốt cháy deuterium, không thể phân biệt được với các hành tinh.

Sao Mộc nằm ngay trên giới hạn khối lượng khổng lồ, nó thấp hơn khối lượng của một ngôi sao. Nó chính là khối lượng nhỏ nhất mà một vật thể có thể hình thành từ các đám mây phân tử này. Vì thế, nếu sao Mộc cũng được hình thành theo cách này, nó cũng được coi là một "ngôi sao thất bại". Tuy nhiên, những dữ liệu từ dữ liệu từ tàu thăm dò Juno của NASA cho thấy rằng, ít nhất đã từng có một thời gian, Sao Mộc có một lõi rắn - điều này cũng phù hợp với giả thuyết từ phương pháp hình thành bồi tụ lõi.

Một mô hình hóa gợi ý rằng giới hạn trên của một khối lượng các hành tinh, hình thành qua quá trình bồi tụ lõi, nhỏ hơn khối lượng của sao Mộc khoảng 10 lần, chỉ tương đương với khối lượng Sao Mộc trước phản ứng tổng hợp deuterium.

Vì thế, xét trên sự công bằng, không nên gọi là Sao Mộc là ngôi sao thất bại, nhưng một ngôi sao thực sự thì chưa đúng. Những kiến thức về cách hình thành nó sẽ giúp chúng ta hiểu rõ hơn về cách hoạt động của vũ trụ. Ngoài ra, sao Mộc là một kỳ quan lò sưởi có dải, bão, xoáy theo đúng nghĩa của nó và nếu như không có Sao Mộc, con người chúng ta đã có thể không tồn tại ở đây.

Nguồn sciencealert

Năm 1992, các nhà thiên văn học phát hiện ra hành tinh đầu tiên bên ngoài Hệ Mặt trời. Kể từ đó, kính thiên văn đã phát hiện thêm hàng nghìn ngoại hành tinh quay quanh không chỉ các ngôi sao tương tự như Mặt trời mà còn trong các hệ sao đôi, những ngôi sao nhỏ, mát mẻ được gọi là sao lùn đỏ và thậm chí cả các sao neutron siêu đặc. Có bao giờ bạn tự hỏi: Liệu có phải mọi ngôi sao ngoài kia đều có ít nhất một hành tinh quay quanh nó?

Câu trả lời là không, Jonathan Lunine, chủ nhiệm Khoa Thiên văn học tại Đại học Cornell ở Mỹ cho hay, ít nhất là theo những gì chúng ta đã biết cho đến nay.

Các nhà khoa học ước tính rằng có rất nhiều hành tinh là ngôi sao trong thiên hà của chúng ta, nhưng những hành tinh đó phân bố không đồng đều. Một số ngôi sao - như Mặt trời hoặc sao lùn đỏ TRAPPIST-1 cách chúng ta khoảng 40 năm ánh sáng - là nơi cư trú của hơn nửa tá hành tinh, trong khi những ngôi sao khác có thể không có hành tinh nào.

Nhưng điều gì khiến một ngôi sao sở hữu rất nhiều hành tinh trong khi những ngôi sao khác lại đơn độc một mình? Các nhà khoa học cho rằng nó bắt nguồn từ cách ngôi sao được hình thành. Khi các ngôi sao trẻ đang hình thành, chúng thường được bao quanh bởi một vòng tròn cát bụi. Các hạt này va vào nhau tạo thành các đám mây ngày càng lớn, cuối cùng có thể hình thành nên các hành tinh. Nhưng không phải ngôi sao trẻ nào cũng may mắn như vậy.

"Nếu bạn có một ngôi sao được hình thành từ một đám mây giữa các vì sao và chuyển động quay rất nhanh, khi đám mây đó đang co lại nhưng thay vì quay để tạo thành đĩa, nó có thể vỡ thành 2 hoặc thậm chí nhiều mảnh và tạo thành một hệ sao đôi hoặc hệ đa sao" - Lunine nói và cho biết thêm rằng, trong những trường hợp đó, nếu một đĩa chưa hình thành, có thể hệ thống 2 sao hoặc 3 ngôi sao không bao giờ xuất hiện một hành tinh.

Hệ thống sao đôi có thể hình thành hành tinh trong một số trường hợp với điều kiện nhất định - như trường hợp Kepler-47 và ba hành tinh của nó. 

Ông Lunine nói: ''Có những hệ sao đôi ở đó có những hành tinh. Vậy những hệ thống đó có kết thúc bằng việc vật chất vỡ thành hai khối và sau đó một đĩa hình thành xung quanh một trong những khối đó, hoặc có thể là cả hai? Thứ gì đã ngăn cản điều đó?''.

Hiếm hoi hơn, một đám bụi của một ngôi sao trẻ có thể quay chậm đến mức nó chỉ đơn giản là sụp đổ thành một ngôi sao mà không bao giờ hình thành đĩa để tạo ra hành tinh. Cũng có khả năng một ngôi sao hình thành các hành tinh chỉ vì lực hấp dẫn mạnh của một ngôi sao khác có thể bắn chúng ra khỏi Hệ Mặt trời, hoặc ít nhất là đưa chúng ra quá xa để có thể phát hiện được. Đó có thể là những gì đã xảy ra với hành tinh HD 106906 b, quay quanh một hệ sao đôi ở một quỹ đạo lệch xa ngôi sao của nó hơn 18 lần so với khoảng cách giữa sao Diêm Vương và Mặt trời.

Nhà khoa học Lunine cảnh báo rằng, kiến ​​thức của chúng ta về những ngôi sao sở hữu hành tinh phụ thuộc vào những gì chúng ta có thể phát hiện. Đó là bởi vì nhiều hành tinh được phát hiện bằng cách sử dụng phương pháp quá cảnh, dựa trên độ sáng của một ngôi sao như một dấu hiệu báo trước rằng có một hành tinh đang đi qua trước mặt nó. 

Chúng ta luôn có thể nhìn vào một ngôi sao cụ thể và nói, không có một hành tinh nào quay quanh nó. Nhưng vẫn có khả năng hành tinh quá nhỏ hoặc bay quanh ở khoảng cách quá xa so với ngôi sao chủ. Và một khả năng khác là có những ngôi sao thực sự không có hành tinh nào xung quanh chúng.