Sao lùn đỏ

Theo biểu đồ Hertzsprung-Russell, một ngôi sao lùn đỏ là một sao khá nhỏ và có nhiệt độ thấp, trong dãy chính, hay cuối kiểu quang phổ K hay M. Chúng chiếm đại đa số trong các sao và có khối lượng chưa tới một nửa khối lượng Mặt Trời (xuống tới khoảng 0,075 khối lượng Mặt Trời, là các sao lùn nâu) và có nhiệt độ bề mặt chưa tới 3.500 K.

Miêu tả và đặc điểm

Hình vẽ hình dung của họa sĩ về một hành tinh trên quỹ đạo quanh một ngôi sao lùn đỏ

Các sao lùn đỏ là những ngôi sao có khối lượng rất thấp chưa bằng 40% khối lượng Mặt Trời.^[1] Vì thế chúng có nhiệt độ lõi thấp và năng lượng được tạo ra ở tỷ lệ thấp bằng phản ứng tổng hợp hạt nhân của hydro thành heli qua cơ cấu dãy proton-proton (PP). Vì thế những ngôi sao đó phát ra lượng ánh sáng thấp, thỉnh thoảng chỉ bằng 1/10.000 lượng ánh sáng Mặt Trời. Thậm chí những ngôi sao lùn đỏ lớn nhất cũng chỉ có độ sáng bằng 10% của Mặt Trời.^[2]

Nói chung các ngôi sao lùn đỏ chuyển năng lượng từ lõi ra bề mặt bằng cách đối lưu. Đối lưu xảy ra bởi tính đục (opacity) của bên trong, vốn có mật độ khá cao so với nhiệt độ. Vì thế, các photon khó di chuyển ra bề mặt hơn bởi các quá trình bức xạ. Đối lưu là phương pháp chuyển năng lượng chủ yếu bởi nó là quá trình có hiệu năng cao hơn.^[3]

Vì các ngôi sao lùn đỏ đối lưu toàn bộ, heli không tích tụ được tại lõi nên chúng có thể đốt cháy một phần lớn lượng hydro trước khi dời khỏi dãy chính so với những ngôi sao lớn hơn như Mặt Trời. Vì thế những ngôi sao lùn đỏ có tuổi thọ ước tính rất lớn; từ hàng chục tỷ tới hàng nghìn tỷ năm tùy theo khối lượng. Tuổi thọ này lớn hơn tuổi thọ ước tính của vũ trụ. Sao lùn đỏ có khối lượng càng thấp, tuổi thọ càng cao.^[1] Khi khối lượng hydro trong một ngôi sao lùn đỏ đã tiêu thụ hết, tỷ lệ phản ứng giảm sút và lõi bắt đầu thu nhỏ lại. Năng lượng hấp dẫn sinh ra bởi sự giảm sút kích thước này được chuyển thành nhiệt, và lại được mang đi lên bề mặt ngôi sao bởi sự đối lưu.^[4]

Sự thực rằng các ngôi sao lùn đỏ và các ngôi sao có khối lượng thấp khác vẫn ở trên dãy chính trong khi những ngôi sao lớn khác lại bị loại cho phép ước tính tuổi của các cụm sao bằng cách tìm khối lượng tại đó các ngôi sao ra khỏi dãy chính. Việc này đưa ra một giới hạn tuổi sao thấp hơn cho Vũ trụ và cũng cho phép lập các bảng thời gian của các kết cấu bên trong Ngân hà, là quầng ngân hà và đĩa ngân hà.

Một bí ẩn vẫn chưa được giải đáp ở thời điểm năm 2007 là sự vắng mặt của những ngôi sao lùn đỏ không có kim loại. (Trong thiên văn học, một kim loại là bất kỳ nguyên tố nào nặng hơn hydro hay heli). Mô hình Big Bang tiên đoán thế hệ sao đầu tiên chỉ được có hydro, heli và dấu hiệu của một số lithium. Nếu những ngôi sau như vậy gồm cả các ngôi sao lùn đỏ, chúng vẫn phải được quan sát thấy hiện nay, nhưng chưa từng một ngôi sao nào như vậy được khám phá. Giải thích có vẻ đúng nhất là khi không có các nguyên tố nặng chỉ những ngôi sao lớn và chưa được quan sát thấy có thể hình thành, và chúng nhanh chóng cháy hết để lại các nguyên tố nặng để sau đó cho phép hình thành nên các ngôi sao lùn đỏ. Những giải thích khác, như các ngôi sau lùn đỏ không kim loại rất mờ và có thể có số lượng nhỏ, được coi là khó có thể xảy ra bởi chúng có vẻ mâu thuẫn với các mô hình tiến hóa sao.

Những ngôi sao lùn đỏ là kiểu sao thông thường nhất trong Ngân hà, ít nhất trong vùng lân cận Mặt Trời. Proxima Centauri, ngôi sao gần Mặt Trời nhất, là một sao lùn đỏ (Kiểu M5, độ sáng biểu kiến 11,05), cũng như hai mươi trong số ba mươi ngôi sao ở gần nhất. Tuy nhiên, vì có ánh sáng thấp, các ngôi sao lùn đỏ đơn độc không dễ được quan sát thấy ở những khoảng cách vũ trụ xa xôi như những ngôi sao sáng khác.

Các hành tinh

Một hành tinh ngoài hệ mặt trời đã được phát hiện đang quay trên quỹ đạo quanh sao lùn đỏ Gliese 581 năm 2005, khoảng bằng khối lượng Sao Hải Vương, hay mười bảy lần khối lượng Trái Đất. Quỹ đạo của nó chỉ 6 triệu kilômét (0,04 AU) từ ngôi sao chính, và vì thế được ước tính có nhiệt độ bề mặt khoảng 150 °C, dù đây là ngôi sao mờ. Năm 2006, một hành tinh ngoài hệ mặt trời thậm chí còn nhỏ hơn đã được phát hiện (chỉ gấp 5,5 lần khối lượng Trái Đất) quay trên quỹ đạo quanh sao lùn đỏ OGLE-2005-BLG-390L; nó nằm cách ngôi sao chính 390 triệu km (2,6 AU) và nhiệt độ bề mặt là -220 °C (56 K).

Năm 2007, một hành tinh ngoài hệ mặt trời mới, có thể ở được, Gliese 581 c, đã được tìm thấy quay quanh Gliese 581. Nếu khối lượng ước tính của những người phát hiện ra nó (một đội do Stephane Udry lãnh đạo), khoảng 5,03 lần khối lượng Trái Đất, là chính xác, đây có thể là hành tinh ngoài hệ mặt trời nhỏ nhất quanh quanh một ngôi sao bình thường được phát hiện ra cho tới hiện tại. (Có những hành tinh nhỏ hơn được phát hiện quay quanh một sao neutron, tên gọi PSR B1257+12.) Những người phát hiện ước tính bán kính của nó gấp 1,5 lần bán kính Trái Đất. Hành tinh này ở bên trong vùng có thể ở của Gliese 581, và là ứng cử viên tiềm năng nhất cho khả năng có sự sống trên bất kỳ một hành tinh nào ngoài hệ mặt trời đã từng được phát hiện.^[5]

Khả năng sinh sống

Khả năng sinh sống trên hành tinh của các hệ sao lùn đỏ là chủ đề của một số cuộc tranh cãi.^{[cần dẫn nguồn]} Dù chúng có số lượng lớn, và có tuổi thọ dài, có nhiều yếu tố có thể khiến cuộc sống khó duy trì trên những hành tinh quay quanh một ngôi sao lùn đỏ. Thứ nhất, các hành tinh ở vùng có thể sinh sống của một sao lùn đỏ phải gần ngôi sao mẹ ở mức dường như sẽ bị khóa thủy triều. Điều này khiến một phía bề mặt sẽ luôn là ban ngày còn phía kia là đêm đen vĩnh cửu. Nó cũng tạo ra những sự khác biệt nhiệt độ to lớn giữa hai phía bề mặt. Những điều kiện như vậy có lẽ sẽ khiến cuộc sống (như chúng ta biết) khó phát triển.^{[cần dẫn nguồn]} Mặt khác, những lý thuyết gần đây cho rằng hoặc một khí quyển dày hay một đại dương có thể chuyển nhiệt độ quanh một hành tinh như vậy.

Một vấn đề tiềm tàng khác là các ngôi sao lùn đỏ phát ra đa số bức xạ ở dạng ánh sáng hồng ngoại, trong khi cây cối trên Trái Đất sử dụng phần lớn năng lượng ở dạng quang phổ nhìn thấy được. Nhưng, có lẽ vấn đề nghiêm trọng nhất là sự biến đổi sao. Những ngôi sao lùn đỏ thường bị bao phủ bởi các vết đen, làm giảm lượng phát xạ tới 40% trong nhiều tháng ở mỗi lần xuất hiện. Những thời điểm khác, một số sao lùn đỏ, được gọi là các sao lóe bùng, có thể phát ra những lóe bùng lớn, tăng gấp đôi lượng ánh sáng phát ra trong ít phút. Sự biến đổi này cũng khiến dạng cuộc sống như chúng ta biết khó tồn tại gần một sao lùn đỏ. Gibor Basri thuộc Đại học California, Berkeley tuyên bố một hành tinh trên quỹ đạo gần một sao lùn đỏ có thể giữ được khí quyển cả khi ngôi sao lóe bùng.^[6]

Xem thêm

Tham khảo

^ ^a ^b Richmond, Michael (November 10, 2004). “Late stages of evolution for low-mass stars”. Rochester Institute of Technology. Truy cập ngày 19 tháng 9 năm 2007. Kiểm tra giá trị ngày tháng trong: |date= (trợ giúp)
^ Chabrier, G.; Baraffe, I.; Plez, B. (1996). “Mass-Luminosity Relationship and Lithium Depletion for Very Low Mass Stars”. Astrophysical Journal Letters. 459: L91–L94. doi:10.1086/309951. Truy cập ngày 19 tháng 9 năm 2007.Quản lý CS1: nhiều tên: danh sách tác giả (liên kết)
^ Padmanabhan, Thanu (2001). Theoretical Astrophysics. Cambridge University Press. tr. 96–99. ISBN 0-521-56241-4.
^ Koupelis, Theo (2007). In Quest of the Universe. Jones & Bartlett Publishers. ISBN 0-7637-4387-9.
^ SPACE.com - Major Discovery: New Planet Could Harbor Water and Life
^ Red star rising

A. Burrows, W. B. Hubbard, D. Saumon, J. I. Lunine (1993). “An expanded set of brown dwarf and very low mass star models”. Astrophysical Journal. 406 (1): 158–171. doi:10.1086/172427.Quản lý CS1: nhiều tên: danh sách tác giả (liên kết)
“VLT Interferometer Measures the Size of Proxima Centauri and Other Nearby Stars”. European Southern Observatory. ngày 19 tháng 11 năm 2002. Bản gốc lưu trữ ngày 3 tháng 1 năm 2007. Truy cập ngày 12 tháng 1 năm 2007.
Neptune-Size Planet Orbiting Common Star Hints at Many More

Liên kết ngoài

Variable stars
Stellar Flares - D. Montes, UCM.
Red Dwarfs
Red Star Rising: Small, cool stars may be hot spots for life - Scientific American (November 2005)

[richmond-1] Richmond, Michael (November 10, 2004). “Late stages of evolution for low-mass stars”. Rochester Institute of Technology. Truy cập ngày 19 tháng 9 năm 2007. Kiểm tra giá trị ngày tháng trong: |date= (trợ giúp)

[2] Chabrier, G.; Baraffe, I.; Plez, B. (1996). “Mass-Luminosity Relationship and Lithium Depletion for Very Low Mass Stars”. Astrophysical Journal Letters. 459: L91–L94. doi:10.1086/309951. Truy cập ngày 19 tháng 9 năm 2007.Quản lý CS1: nhiều tên: danh sách tác giả (liên kết)

[3] Padmanabhan, Thanu (2001). Theoretical Astrophysics. Cambridge University Press. tr. 96–99. ISBN 0-521-56241-4.

[4] Koupelis, Theo (2007). In Quest of the Universe. Jones & Bartlett Publishers. ISBN 0-7637-4387-9.

[5] SPACE.com - Major Discovery: New Planet Could Harbor Water and Life

[6] Red star rising

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

x t s Sao
Hình thành	Bồi tụ Đám mây phân tử Bok globule Young stellar object Tiền sao Tiền dãy chính Herbig Ae/Be T Tauri FU Orionis Đối tượng Herbig–Haro Hayashi track Henyey track
Tiến hóa	Dãy chính Red-giant branch Horizontal branch Red clump Nhánh tiệm cận khổng lồ super-AGB Blue loop Tinh vân tiền hành tinh Tinh vân hành tinh PG1159 Dredge-up OH/IR Instability strip Luminous blue variable Blue straggler Quần thể sao Siêu tân tinh Superluminous supernova / Hypernova
Phân loại quang phổ	Sớm Muộn Dãy chính O B A F G K M Lùn nâu WR OB Subdwarf O B Gần mức khổng lồ Khổng lồ Xanh Đỏ Vàng Khổng lồ sáng Siêu khổng lồ Xanh Đỏ Vàng Cực siêu khổng lồ Vàng Carbon S CN CH Lùn trắng Đặc biệt về mặt hóa học Am Ap/Bp HgMn Helium-weak Bari Heli cực đoan Lambda Boötis Lead Technetium Be Shell B(e)
Tàn dư	Đặc Lùn trắng Hành tinh heli Lùn đen Neutron Radio-quiet Xung Đôi X-ray Từ Lỗ đen sao X-ray binary Burster SGR
Giả thuyết	Lùn xanh Xanh lá cây Lùn đen Kỳ lạ Boson Electroweak Lạ Preon Planck Tối Dark-energy Quark Q Đen Gravastar Sao lỗ đen Thiên thể Thorne–Żytkow Sắt Blitzar Lỗ trắng Planck star
Tổng hợp hạt nhân sao	Đốt cháy deuteri Đốt cháy lithi Phản ứng chuỗi proton-proton Chu trình CNO Helium flash Quá trình ba-alpha Quá trình alpha Đốt cháy carbon Đốt cháy neon Đốt cháy oxy Đốt cháy silic Quá trình s Quá trình r Fusor Tân tinh Symbiotic Tàn tích Luminous red nova
Cấu trúc	Core Vùng đối lưu Microturbulence Oscillations Vùng bức xạ Khí quyển Quang cầu Vết sao Chromosphere Vành nhật hoa Gió sao Bubble Bipolar outflow Đĩa bồi tụ Asteroseismology Helioseismology Circumstellar dust Circumstellar envelope Eddington luminosity Cơ chế Kelvin–Helmholtz
Đặc tính	Designation Dynamics Nhiệt độ hiệu dụng Độ sáng Kinematics Từ trường Cấp sao tuyệt đối Mass Độ kim loại Sự tự quay Ánh sao Biến quang Photometric system Chỉ mục màu Biểu đồ Hertzsprung-Russell Color–color diagram
Hệ sao	Đôi Contact Common envelope Eclipsing Symbiotic Phức hợp Quần tinh Mở Cầu Super Hệ hành tinh
Trái Đất làm trung tâm quan sát	Mặt Trời Solar radio emission Hệ Mặt Trời Ánh sáng Mặt Trời Sao Bắc cực Circumpolar Chòm sao Khoảnh sao Cấp sao Biểu kiến Extinction Photographic Vận tốc xuyên tâm Chuyển động riêng Parallax Photometric-standard
Danh sách	Proper names Arabic Chinese Extremes Nặng nhất Nhiệt độ cao nhất Lowest temperature Lớn nhất Smallest volume Sáng nhất Historical brightest Độ sáng tuyệt đối lớn nhất Gần nhất Nearest bright With exoplanets Brown dwarfs White dwarfs Milky Way novae Siêu tân tinh Candidates Remnants tinh vân hành tinh Timeline of stellar astronomy
Liên quan	Phó sao Sao lùn nâu Sub-brown dwarf Hành tinh Năm ngân hà Thiên hà Guest Tương tác hấp dẫn Intergalactic Planet-hosting stars Tidal disruption event
Sao Cổng thông tin Sao