Bản phát hành dữ liệu chính thứ ba của Gaia (DR3) đã được công khai vào ngày 13 tháng 6 năm 2022. Một trong những sản phẩm chính của bản phát hành này là cơ sở dữ liệu về các thuộc tính nội tại của hàng trăm triệu ngôi sao. Các thông số này bao gồm độ nóng của chúng, độ lớn của chúng và khối lượng của chúng.
Tiến hóa sao
Gaia thực hiện các phép đọc đặc biệt chính xác về độ sáng biểu kiến của một ngôi sao, khi nhìn từ Trái đất và màu sắc của nó. Việc biến những đặc điểm quan sát cơ bản đó thành những đặc tính nội tại của một ngôi sao là một công việc khó khăn.
Orlagh Creevey, Observatoire de la Côte d’Azur, Pháp, và các cộng tác viên từ Đơn vị điều phối số 8 của Gaia, chịu trách nhiệm trích xuất các thông số vật lý thiên văn như vậy từ các quan sát của Gaia. Để làm được điều này, nhóm đang xây dựng dựa trên công trình tiên phong của các nhà thiên văn học làm việc tại Đài quan sát Đại học Harvard, Massachusetts, vào cuối thế kỷ 19 và đầu thế kỷ 20.
Vào thời điểm đó, các nỗ lực của các nhà thiên văn tập trung vào việc phân loại sự xuất hiện của ‘các vạch quang phổ’. Đây là những vạch tối xuất hiện trong cầu vồng màu sắc được tạo ra khi ánh sáng của một ngôi sao bị tách ra bằng lăng kính. Annie Jump Cannon đã nghĩ ra một chuỗi phân loại quang phổ sắp xếp thứ tự các ngôi sao theo cường độ của các vạch quang phổ này. Thứ tự này sau đó được phát hiện có liên quan trực tiếp đến nhiệt độ của các ngôi sao. Antonia Maury đã thực hiện một phân loại riêng biệt dựa trên độ rộng của các vạch quang phổ nhất định. Sau đó, người ta phát hiện ra rằng điều này liên quan đến độ sáng và tuổi của một ngôi sao.
Các vạch quang phổ có thể tiết lộ rất nhiều về các đặc điểm của một ngôi sao
Mối tương quan giữa hai đặc tính này cho phép mọi ngôi sao trong Vũ trụ được vẽ trên một sơ đồ duy nhất. Được gọi là sơ đồ Hertzsprung-Russell (HR), nó đã trở thành một trong những nền tảng của vật lý thiên văn. Được phát triển độc lập vào năm 1911 bởi Ejnar Hertzsprung và vào năm 1913 bởi Henry Norris Russell, một biểu đồ HR vẽ biểu đồ độ sáng nội tại của một ngôi sao so với nhiệt độ bề mặt hiệu dụng của nó. Khi làm như vậy, nó tiết lộ cách các ngôi sao phát triển trong suốt vòng đời dài của chúng.
Trong khi khối lượng của ngôi sao thay đổi tương đối ít trong suốt thời gian tồn tại của nó, nhiệt độ và kích thước của ngôi sao thay đổi rất nhiều khi nó già đi. Những thay đổi này được thúc đẩy bởi loại phản ứng tổng hợp hạt nhân đang diễn ra bên trong ngôi sao vào thời điểm đó.
Sơ đồ nhân sự được tạo bằng dữ liệu từ Gaia DR2
Với tuổi đời khoảng 4,57 tỷ năm, Mặt trời của chúng ta hiện đang ở tuổi trung niên thoải mái, hợp nhất hydro thành heli và nói chung là khá ổn định; nghiêm túc thậm chí. Điều đó sẽ không phải luôn luôn như vậy. Khi nhiên liệu hydro cạn kiệt trong lõi của nó, và những thay đổi bắt đầu trong quá trình nhiệt hạch, chúng tôi dự đoán nó sẽ phồng lên thành một ngôi sao khổng lồ đỏ, làm giảm nhiệt độ bề mặt của nó trong quá trình này. Chính xác điều này xảy ra như thế nào phụ thuộc vào khối lượng của một ngôi sao và thành phần hóa học của nó. Đây là nơi DR3 xuất hiện.
Orlagh và các đồng nghiệp đã tổng hợp dữ liệu để tìm kiếm những quan sát sao chính xác nhất mà tàu vũ trụ có thể cung cấp. Orlagh nói: “Chúng tôi muốn có một mẫu sao thực sự tinh khiết với các phép đo chính xác cao.
Họ tập trung nỗ lực vào những ngôi sao có nhiệt độ bề mặt từ 3000K đến 10000K vì đây là những ngôi sao tồn tại lâu nhất trong Thiên hà và do đó có thể tiết lộ lịch sử của Dải Ngân hà. Chúng cũng là những ứng cử viên đầy hứa hẹn cho việc tìm kiếm các hành tinh ngoài hành tinh vì chúng gần giống với Mặt trời, có nhiệt độ bề mặt 6000K.
Tiếp theo, Orlagh và các đồng nghiệp lọc mẫu để chỉ hiển thị những ngôi sao có cùng khối lượng và thành phần hóa học với Mặt trời. Vì họ cho phép độ tuổi khác nhau, các ngôi sao họ chọn cuối cùng đã vạch ra một đường trên biểu đồ HR đại diện cho sự phát triển của Mặt trời của chúng ta từ quá khứ đến tương lai của nó. Nó tiết lộ cách ngôi sao của chúng ta sẽ thay đổi nhiệt độ và độ sáng của nó khi nó già đi.
Từ nghiên cứu này, có thể thấy rõ rằng Mặt trời của chúng ta sẽ đạt nhiệt độ tối đa vào khoảng 8 tỷ năm tuổi, sau đó nó sẽ nguội đi và tăng kích thước, trở thành một ngôi sao khổng lồ đỏ vào khoảng 10–11 tỷ năm tuổi. Mặt trời sẽ kết thúc vòng đời của nó sau giai đoạn này, khi nó cuối cùng trở thành một ngôi sao lùn trắng mờ.
Việc tìm kiếm các ngôi sao tương tự như Mặt trời là điều cần thiết để hiểu cách chúng ta hòa nhập vào Vũ trụ rộng lớn hơn. Orlagh nói: “Nếu chúng ta không hiểu về Mặt trời của chính mình – và có nhiều điều chúng ta không biết về nó – thì làm sao chúng ta có thể hiểu được tất cả các ngôi sao khác tạo nên thiên hà tuyệt vời của chúng ta”.
Điều trớ trêu là Mặt Trời là ngôi sao gần nhất, được nghiên cứu nhiều nhất của chúng ta nhưng vị trí gần của nó buộc chúng ta phải nghiên cứu nó bằng các kính thiên văn và dụng cụ hoàn toàn khác với những kính thiên văn mà chúng ta sử dụng để quan sát phần còn lại của các ngôi sao. Điều này là do Mặt trời sáng hơn rất nhiều so với các ngôi sao khác. Bằng cách xác định các ngôi sao tương tự như Mặt trời, nhưng lần này với độ tuổi tương tự, chúng ta có thể thu hẹp khoảng cách quan sát này.
Để xác định các ‘chất tương tự Mặt trời’ này trong dữ liệu Gaia, Orlagh và các đồng nghiệp đã tìm kiếm các ngôi sao có nhiệt độ, độ sâu bề mặt, thành phần, khối lượng và bán kính đều tương tự như Mặt trời ngày nay. Họ đã tìm thấy 5863 ngôi sao phù hợp với tiêu chí của họ.
Tương lai của mặt trời
Bây giờ Gaia đã đưa ra danh sách mục tiêu, những người khác có thể bắt đầu điều tra chúng một cách nghiêm túc. Một số câu hỏi mà họ muốn có câu trả lời bao gồm: có phải tất cả các hệ tương tự mặt trời đều có các hệ hành tinh tương tự như hệ hành tinh của chúng ta không? Có phải tất cả các chất tương tự của Mặt trời đều quay với tốc độ tương tự như Mặt trời?
Với bản phát hành dữ liệu 3, thiết bị đo đạc cực kỳ chính xác của Gaia đã cho phép xác định các thông số sao của nhiều ngôi sao hơn bao giờ hết. Và độ chính xác đó sẽ vượt xa nhiều nghiên cứu khác, Ví dụ, biết các ngôi sao chính xác hơn có thể giúp ích khi nghiên cứu các thiên hà, mà ánh sáng của chúng là sự kết hợp của hàng tỷ ngôi sao riêng lẻ.
Orlagh nói: “Sứ mệnh Gaia đã chạm đến mọi nơi trong vật lý thiên văn.
Vì vậy, gần như chắc chắn, nó sẽ không chỉ là quá khứ và tương lai của Mặt trời mà công trình này giúp chiếu sáng.
Để biết thêm chi tiết xem Sao Lớn, Ấm áp, Cũ, … Là những ngôi sao? Các thông số xuất sắc của Gaia