Những vì sao gần gũi

Những vì sao gần gũi (tiếng Anh: Proxima Centauri, V654 Centauri) là một sao lùn đỏ biến quang cách Hệ Mặt Trời khoảng 4,2 năm ánh sáng (4,0×10 km) trong chòm sao Bán Nhân Mã. Ngôi sao này được Robert Thorburn Ayton Innes, giám đốc đài quan sát Union tại Nam Phi, phát hiện vào năm 1915. Đây là ngôi sao gần nhất với Mặt Trời và là thành viên của hệ sao Alpha Centauri, được gọi là Alpha Centauri C, nằm cách cặp Alpha Centauri AB 2,18° về phía tây nam. Hiện tại, nó cách AB 12.950 AU (0,2 ly) và quay quanh AB với chu kỳ khoảng 550.000 năm.

Vì là ngôi sao gần nhất, đường kính góc của nó có thể đo trực tiếp, bằng 1/7 của Mặt Trời. Khối lượng của Cận Tinh khoảng 1/8 khối lượng Mặt Trời, với mật độ trung bình gấp 40 lần mật độ Mặt Trời. Mặc dù độ sáng trung bình của nó rất thấp, Cận Tinh là sao lóe sáng (diệu tinh) thỉnh thoảng phát ra ánh sáng mạnh do hoạt động từ trường. Từ trường của ngôi sao hình thành từ sự đối lưu bên trong, dẫn đến việc phát ra lượng tia X tương đương với Mặt Trời. Hỗn hợp nhiên liệu ở nhân Cận Tinh tham gia vào chuyển động đối lưu, và với tốc độ sản sinh năng lượng thấp, ngôi sao sẽ nằm trong dải chính khoảng bốn nghìn tỉ năm, tức là gấp 300 lần tuổi của vũ trụ hiện tại.

Vào tháng 8 năm 2016, ESO thông báo phát hiện Proxima b, một hành tinh có kích thước tương đương Trái Đất quay quanh ngôi sao ở khoảng cách 0,05 AU (7.500.000 km) với chu kỳ quỹ đạo khoảng 11,2 ngày Trái Đất. Khối lượng của hành tinh này ước tính gấp 1,3 lần khối lượng Trái Đất. Nhiệt độ cân bằng của Proxima b gần với phạm vi cho phép nước tồn tại ở trạng thái lỏng trên bề mặt, cho thấy hành tinh này có thể nằm trong vùng có thể sinh sống của Proxima Centauri. Tuy nhiên, nhiệt độ phù hợp có thể bị ảnh hưởng mạnh bởi tia cực tím và bức xạ tia X do quỹ đạo gần của nó — vượt xa mức Trái Đất nhận từ Mặt Trời. Các tìm kiếm trước đây đã loại trừ sự hiện diện của sao lùn nâu và hành tinh khối lượng lớn.

Với việc Cận Tinh là một ngôi sao lùn đỏ và có hoạt động lóe sáng, khả năng có hành tinh quanh nó có sự sống vẫn là vấn đề được tranh luận. Là ngôi sao gần nhất, nó cũng được xem là một trong những mục tiêu của các chuyến du hành giữa các ngôi sao, bao gồm dự án tàu StarChip đang được phát triển trong khuôn khổ dự án Breakthrough Starshot.

Quan sát

Vào năm 1915, Robert Thorburn Ayton Innes, giám đốc Đài quan sát Union ở Johannesburg, Nam Phi, đã phát hiện ra rằng Cận Tinh có cùng chuyển động riêng như Alpha Centauri. Ông đã đặt tên cho nó là Proxima Centauri, từ proxima trong tiếng Latinh có nghĩa là 'bên cạnh' hoặc 'gần nhất'. Năm 1917, tại Đài quan sát Hoàng gia ở Mũi Hảo Vọng, nhà thiên văn người Hà Lan Joan Voûte đã đo thị sai lượng giác của ngôi sao và xác định rằng Cận Tinh có khoảng cách tương đương với Alpha Centauri. Vào thời điểm đó, Proxima Centauri được biết đến là ngôi sao có độ sáng thấp nhất từng được ghi nhận. Năm 1951, nhà thiên văn người Mỹ Harlow Shapley công bố rằng Cận Tinh là một ngôi sao lóe sáng. Ông chỉ ra rằng ngôi sao này đã tăng độ sáng lên khoảng 8% qua các bức ảnh, khiến nó trở thành ngôi sao lóe sáng hoạt động nhất được biết đến.

Khoảng cách gần của ngôi sao cho phép quan sát chi tiết hoạt động lóe sáng của nó. Năm 1980, vệ tinh Einstein đã ghi lại đường cong năng lượng tia X của sự lóe sáng trên Cận Tinh. Các quan sát sâu hơn về hoạt động lóe sáng đã được thực hiện bởi các vệ tinh EXOSAT và ROSAT, và vào năm 1995, vệ tinh Nhật Bản ASCA đã quan sát được bức xạ tia X năng lượng thấp giống như Mặt Trời. Cận Tinh đã trở thành đối tượng nghiên cứu của các vệ tinh quan sát tia X, bao gồm XMM-Newton và Chandra.

Vì Cận Tinh nằm ở xích vĩ bán cầu nam, nó chỉ có thể được quan sát từ bán cầu nam ở vĩ độ 27°. Các sao lùn đỏ như Cận Tinh quá mờ để nhìn thấy bằng mắt thường; ngay cả từ Centauri A hoặc B, Cận Tinh có độ sáng thứ 5. Với cấp sao biểu kiến là 11, chỉ có kính viễn vọng với độ mở ít nhất 8 cm (hay 3,1 in) mới có thể quan sát được ngôi sao trong điều kiện bầu trời quang đãng và tối, với Cận Tinh ở phía trên đường chân trời.

Các đặc tính

Cận Tinh được phân loại là sao lùn đỏ, thuộc dải chính trên biểu đồ Hertzsprung-Russell với phổ loại M5.5. Nó thuộc loại 'sao lùn-cuối M', cho thấy tại phổ M5.5, nó nằm ở dạng sao M với khối lượng rất nhỏ. Cấp sao biểu kiến của nó, tức độ sáng khi nhìn từ khoảng cách 10 parsec, là 15,5. Tổng độ sáng của nó ở mọi bước sóng chỉ bằng 0,17% so với Mặt Trời, nhưng trong bước sóng khả kiến, độ sáng chỉ bằng 0,0056% của Mặt Trời. Hơn 85% năng lượng của nó phát ra dưới dạng hồng ngoại.

Năm 2002, các đo đạc quang học từ kính thiên văn rất lớn (VLT) cho thấy đường kính góc của Cận Tinh là 1,02 ± 0,08 mili giây cung. Dựa vào khoảng cách đến ngôi sao, đường kính thực của Cận Tinh được tính là 1/7 đường kính Mặt Trời, tương đương 1,5 lần đường kính Sao Mộc. Khối lượng của Cận Tinh ước tính là 12,3% khối lượng Mặt Trời, hay 129 lần khối lượng Sao Mộc. Mật độ trung bình của sao trong dải chính tăng khi khối lượng giảm, và Cận Tinh không phải là ngoại lệ với mật độ trung bình là 56.800 kg/m³, so với Mặt Trời là 1.409 kg/m³.

Vì khối lượng nhỏ, phần bên trong của Cận Tinh hoàn toàn đối lưu, nên năng lượng được truyền ra bề mặt bằng các chuyển động vật lý của plasma hơn là quá trình bức xạ. Sự đối lưu này khiến Heli sinh ra từ phản ứng nhiệt hạch của Hydro không tập trung ở nhân mà được tuần hoàn trong ngôi sao. Mặt Trời sẽ đốt cháy khoảng 10% lượng Hydro của nó trước khi ra khỏi dải chính, trong khi Cận Tinh tiêu thụ nhiên liệu với tỷ lệ cao hơn trước khi quá trình tổng hợp Hydro kết thúc.

Quá trình đối lưu thường liên quan đến việc tạo ra và duy trì từ trường của một ngôi sao. Năng lượng từ trường giải phóng tại bề mặt qua hiện tượng bùng nổ sao làm tăng độ sáng toàn phần của ngôi sao trong một khoảng thời gian ngắn. Những bùng nổ này có thể xảy ra nhiều và mạnh hơn khi ngôi sao đạt nhiệt độ 27 triệu độ K, đủ nóng để phát ra tia X. Thực tế, năng lượng tia X trung bình của Cận Tinh xấp xỉ (4–16) × 10 erg/s ((4–16) × 10 W), lớn hơn một chút so với Mặt Trời. Những bùng nổ lớn nhất phát ra tia X mạnh với năng lượng có thể lên đến 10 erg/s (10 W).

Khu vực hoạt động của ngôi sao này có sự phát xạ mạnh mẽ, với vạch phát xạ của ion Magie tại bước sóng 280 nm là đặc trưng nhất. Khoảng 88% bề mặt của Cận Tinh đang hoạt động, con số này cao hơn nhiều so với Mặt Trời, ngay cả ở giai đoạn cực đại của chu kỳ Mặt Trời. Dù chu kỳ ổn định với ít hoặc không có bùng nổ sao, hoạt động tại bề mặt làm nhiệt độ vành nhật hoa của Cận Tinh đạt tới 3,5 triệu K, so với 2 triệu K của Mặt Trời. Tuy nhiên, tổng mức độ hoạt động của ngôi sao này vẫn thấp hơn so với các sao lùn loại M khác, phản ánh tuổi của ngôi sao và sự ổn định của mức độ hoạt động trong hàng tỷ năm với tốc độ quay giảm dần. Mức độ hoạt động cũng thay đổi theo chu kỳ khoảng 442 ngày, ngắn hơn so với chu kỳ 11 năm của Mặt Trời.

Cận Tinh có gió sao khá yếu, và tốc độ mất khối lượng do gió Mặt Trời của nó không vượt quá 20%. Tuy nhiên, vì Cận Tinh nhỏ hơn Mặt Trời, tốc độ mất khối lượng trên mỗi đơn vị diện tích bề mặt của nó có thể cao gấp 8 lần so với Mặt Trời.

Một sao lùn đỏ có khối lượng tương đương Cận Tinh sẽ duy trì ở dải chính trong khoảng 4 nghìn tỷ năm. Với sự gia tăng tỷ lệ heli từ phản ứng tổng hợp hydro, ngôi sao sẽ trở nên nóng hơn và nhỏ hơn, dần dần chuyển từ màu đỏ sang màu xanh dương. Vào cuối chu kỳ này, nó sẽ sáng lên đáng kể, đạt khoảng 2,5% độ sáng của Mặt Trời và làm nóng các vật thể xung quanh trong vài tỷ năm. Khi nhiên liệu hydro cạn kiệt, Cận Tinh sẽ tiến hóa thành sao lùn trắng mà không trải qua giai đoạn sao khổng lồ đỏ, và sẽ từ từ mất dần nhiệt năng.

Khoảng cách và chuyển động

Dựa vào các quan sát của vệ tinh Hipparcos, thị sai của Cận Tinh là 772,3 ± 2,4 mili giây cung. Thị sai chính xác hơn do 'sensor dẫn hướng chuẩn' trên kính viễn vọng không gian Hubble đo được là 768,7 ± 0,3 mili giây cung. Khoảng cách từ Trái Đất đến Cận Tinh là khoảng 4,2 năm ánh sáng, tương đương gấp 270.000 lần khoảng cách đến Mặt Trời. Từ một điểm nhìn thuận lợi trên Trái Đất, Proxima cách Alpha Centauri 2,18°, tương đương bốn lần đường kính góc của Trăng tròn. Proxima có chuyển động riêng đáng kể - di chuyển 3,85 giây cung mỗi năm trên bầu trời. Vận tốc xuyên tâm của nó hướng về phía Mặt Trời là 21,7 km/s.

Trong số các ngôi sao đã biết, Cận Tinh là ngôi sao gần Mặt Trời nhất trong 32.000 năm qua và sẽ tiếp tục giữ vị trí này trong 33.000 năm tới. Sau khoảng thời gian đó, ngôi sao gần Mặt Trời nhất sẽ là Ross 248. Sau gần 26.700 năm nữa, Cận Tinh sẽ tiến gần Mặt Trời nhất, với khoảng cách khoảng 3,11 năm ánh sáng. Cận Tinh quay quanh Ngân Hà với khoảng cách từ tâm thiên hà dao động từ 8,3 đến 9,5 x 10 pc, và có độ lệch tâm quỹ đạo là 0,07.

Từ khi được phát hiện, Cận Tinh được cho là thành viên của hệ sao đôi Alpha Centauri. Với khoảng cách chỉ 0,21 năm ánh sáng (tương đương 15.000 ± 700 đơn vị thiên văn) so với Alpha Centauri, Cận Tinh có khả năng quay quanh Alpha Centauri với chu kỳ quỹ đạo kéo dài khoảng 500.000 năm hoặc hơn. Vì lý do này, đôi khi Cận Tinh còn được gọi là Alpha Centauri C. Các ước lượng hiện đại, dựa trên khoảng cách gần và vận tốc tương đối giữa các sao, cho thấy khả năng quan sát sự thẳng hàng của chúng trong gần 1 triệu năm. Dữ liệu từ vệ tinh Hipparcos, cùng với các quan sát trên mặt đất, đã hỗ trợ giả thuyết rằng ba ngôi sao này thực sự là một hệ thống liên kết. Nếu không, Cận Tinh có thể đang ở điểm xa nhất trong quỹ đạo của mình với hệ Alpha Centauri. Các đo đạc vận tốc xuyên tâm chính xác hơn sẽ cần thiết để xác nhận giả thuyết này.

Nếu Cận Tinh được hình thành cùng với hệ sao đôi Alpha Centauri, thì chúng phải có thành phần tương tự. Ảnh hưởng hấp dẫn của Cận Tinh có thể đã gây nhiễu loạn đĩa tiền hành tinh của Alpha Centauri, giúp phát tán các hợp chất dễ bay hơi như nước vào khu vực bên trong của hệ sao đôi. Điều này có thể làm giàu thêm các hành tinh đá trong hệ bằng những hợp chất này.

Sáu ngôi sao, bao gồm hai hệ sao đôi và một hệ sao ba, cùng di chuyển trong không gian với Cận Tinh và hệ Alpha Centauri. Vận tốc của những ngôi sao này là khoảng 10 km/s so với chuyển động dị thường của hệ Alpha Centauri. Do đó, chúng có thể tạo thành một nhóm sao di chuyển cùng hướng, ngụ ý rằng các sao này có chung một nguồn gốc, tương tự như các quần tinh. Nếu Cận Tinh không bị khóa hấp dẫn với hệ Alpha Centauri, nhóm di chuyển này có thể giúp giải thích sự gần nhau tương đối của chúng.

Dù Cận Tinh là ngôi sao gần Mặt Trời nhất, vẫn có khả năng tồn tại một sao lùn đỏ chưa được phát hiện gần hơn.

Khả năng tồn tại các vật thể đồng hành

Nếu tồn tại một hành tinh lớn quay quanh Cận Tinh, ngôi sao có thể bị lắc lư nhẹ theo chu kỳ quỹ đạo của hành tinh. Nếu mặt phẳng quỹ đạo của hành tinh không vuông góc với hướng nhìn từ Trái Đất, sự lắc lư này có thể làm thay đổi vận tốc xuyên tâm của Cận Tinh theo chu kỳ. Nhiều phép đo vận tốc xuyên tâm đã không phát hiện ra những dịch chuyển như vậy, đặt ra giới hạn về khối lượng của bất kỳ vật thể đồng hành nào (nếu có) với Cận Tinh. Đáng tiếc là mức độ hoạt động của ngôi sao đã tạo ra nhiễu loạn trong các đo đạc, làm hạn chế khả năng sử dụng phương pháp này trong việc tìm kiếm các vật thể đồng hành trong tương lai.

Năm 1998, một phân tích phổ của Cận Tinh bằng 'Phổ kế các vật thể mờ' trên kính thiên văn Hubble đã cho thấy dấu hiệu của một hành tinh quay quanh ở khoảng cách 0,5 AU. Tuy nhiên, một cuộc tìm kiếm sau đó bằng 'Camera Hành tinh trường rộng 2' (WFPC 2) không tìm thấy bất kỳ hành tinh nào. Cận Tinh, cùng với Alpha Centauri A và B, là mục tiêu 'Bậc 1' trong đề án 'Nhiệm vụ giao thoa kế không gian' (SIM) của NASA, có khả năng xác định các hành tinh nhỏ có khối lượng bằng ba lần khối lượng Trái Đất trong phạm vi 2 AU của các sao mục tiêu 'Bậc 1'.

Khả năng tồn tại một hành tinh trong khu vực sống được với khối lượng lớn hơn 2-3 lần khối lượng Trái Đất là rất thấp (điều này vẫn đang được tranh luận). Bộ phim tài liệu khoa học 'Thế giới người ngoài hành tinh' (Aurelia and Blue Moon) đưa ra giả thuyết rằng các hành tinh có khả năng duy trì sự sống có thể tồn tại quanh Cận Tinh hoặc các sao lùn đỏ khác. Một hành tinh như vậy có thể nằm trong vùng sống được của Cận Tinh, ở khoảng cách từ 0,023 đến 0,054 AU, và có chu kỳ quỹ đạo từ 3,6 đến 14 ngày. Hành tinh này sẽ bị 'khóa-thủy triều' với ngôi sao, khiến một mặt luôn là ban ngày và mặt còn lại luôn là ban đêm. Tuy nhiên, sự hiện diện của bầu khí quyển có thể giúp tái phân bố năng lượng từ mặt được chiếu sáng sang mặt kia của hành tinh.

Mặc dù Cận Tinh là một 'sao lóe sáng', có nghĩa là những vụ bùng nổ năng lượng của nó có thể ảnh hưởng đến bầu khí quyển của bất kỳ hành tinh nào trong vùng sống được, các nhà khoa học trong phim tài liệu tin rằng vấn đề này có thể khắc phục được. Gibor Basri từ Đại học California, Berkeley, thậm chí còn nhận định rằng 'chưa có ai bác bỏ khả năng sống sót này.' Ví dụ, luồng hạt tích điện từ các vụ lóe sáng có thể làm mất đi bầu khí quyển của các hành tinh gần đó. Tuy nhiên, nếu hành tinh có từ trường, nó có thể làm lệch hướng các hạt tích điện khỏi bầu khí quyển. Hơn nữa, một hành tinh lùn kiểu M bị khóa-thủy triều với tốc độ quay chậm có thể duy trì từ trường lâu dài, miễn là lõi của nó vẫn ở trạng thái nóng chảy.

Một số nhà khoa học khác, đặc biệt là những người ủng hộ 'giả thuyết Trái Đất hiếm,' không đồng ý với quan điểm rằng sao lùn đỏ có thể duy trì sự sống. Sự quay khóa-thủy triều có thể tạo ra mô men từ trường yếu, dẫn đến việc bầu khí quyển của hành tinh bị bào mòn mạnh do các hạt vật chất từ vành nhật hoa của Cận Tinh.

Nhiều nhà nghiên cứu khác cũng tin rằng sự sống giống như trên Trái Đất là rất hiếm trong vũ trụ.

Dấu hiệu đầu tiên về sự tồn tại của một hành tinh quay quanh Cận Tinh đã được Mikko Tuomi từ Đại học Hertfordshire phát hiện vào năm 2013 thông qua phân tích dữ liệu lưu trữ. Tổ chức Nghiên cứu Thiên văn châu Âu tại Nam Bán cầu đã khởi động dự án Đốm xanh mờ vào tháng 1 năm 2016 để tiếp tục nghiên cứu này.

Vào năm 2019, nhóm các nhà thiên văn đã tái phân tích dữ liệu từ ESPRESSO về Proxima Centauri b để điều chỉnh khối lượng của nó. Trong quá trình này, họ phát hiện một đợt tăng đột ngột trong vận tốc xuyên tâm với chu kỳ 5,15 ngày. Họ ước tính rằng nếu đây là một hành tinh đồng hành, khối lượng của nó ít nhất phải là 0,29 lần khối lượng Trái Đất. Sự tồn tại của tín hiệu này đã được xác nhận và thông báo vào tháng 2 năm 2022.

Quay giữa các ngôi sao

Cận Tinh đã được đề xuất là điểm đến tiềm năng cho một chuyến du hành giữa các vì sao trong tương lai. Một chuyến bay gần Alpha Centauri có thể là phương án tiếp cận mà không cần giai đoạn giảm tốc. Công nghệ động cơ đẩy hạt nhân và các công nghệ khác có thể giúp thực hiện chuyến du hành không gian trong khoảng một thế kỷ, bắt đầu từ đầu thế kỷ tới, thông qua các dự án như Dự án Orion, Dự án Daedalus, và Dự án Longshot.

Mặc dù tàu thăm dò chương trình Voyager dự kiến sẽ trở thành những tàu vũ trụ đầu tiên vào không gian giữa các vì sao, chúng di chuyển khá chậm, khoảng 17 km/s, nên cần tới khoảng 10.000 năm để di chuyển được một năm ánh sáng. Trong khi đó, Cận Tinh hiện đang tiến gần với tốc độ 21,7 km/s. Tuy nhiên, Cận Tinh sẽ chỉ đến gần nhất khoảng 3,11 năm ánh sáng và sau đó sẽ di chuyển ra xa khỏi Mặt Trời trong khoảng 26.700 năm nữa. Do đó, một tàu thăm dò di chuyển chậm có thể cần vài chục nghìn năm để đến vị trí gần Mặt Trời nhất của Cận Tinh, và sau đó quan sát ngôi sao di chuyển xa dần Mặt Trời. Các động cơ đẩy ion tiên tiến có thể giúp các tàu du hành di chuyển nhanh hơn tàu Voyager, như trong chương trình 'Tàu thám hiểm không gian liên sao tiên tiến,' nhưng chúng vẫn quá chậm để thực hiện ước mơ du hành đến các ngôi sao khác.

Từ Cận Tinh, Mặt Trời xuất hiện như một ngôi sao sáng với cấp độ 0,4 trong chòm sao Tiên Hậu. Nếu sử dụng các động cơ phi hạt nhân hiện tại, một chuyến du hành có thể kéo dài hàng nghìn năm và đòi hỏi một con tàu khổng lồ để vận chuyển số lượng lớn người nhằm khám phá một hành tinh mới.

• Danh sách các ngôi sao gần gũi nhất
• Bán Nhân Mã

Chú giải

Dẫn chứng

Liên kết ngoài

• Proxima Centauri (ngôi sao) trên Encyclopædia Britannica (tiếng Anh)
• “Proxima Centauri: Ngôi sao gần nhất”. NASA. Hình ảnh thiên văn hàng ngày. ngày 15 tháng 7 năm 2002. Truy cập ngày 25 tháng 6 năm 2008.
• “Proxima Centauri: Ngôi sao gần Mặt Trời nhất”. Chandra X-ray Observatory. Hình ảnh thiên văn hàng ngày. ngày 1 tháng 7 năm 2008. Truy cập ngày 1 tháng 7 năm 2008.
• James, Andrew (ngày 11 tháng 3 năm 2008). “Hành trình đến Alpha Centauri”. The Imperial Star - Alpha Centauri. Southern Astronomical Delights. Bản gốc lưu trữ ngày 18 tháng 12 năm 2008. Truy cập ngày 5 tháng 8 năm 2008.
• “Alpha Centauri 3”. SolStation. Truy cập ngày 5 tháng 8 năm 2008.
• “Proxima Centauri”. Extrasolar Visions. Lưu trữ bản gốc ngày 29 tháng 8 năm 2009. Truy cập ngày 25 tháng 6 năm 2008.Quản lý CS1: bot: trạng thái URL ban đầu không rõ (liên kết)
• “Proxima Centauri b”. Extrasolar Visions. Lưu trữ bản gốc ngày 29 tháng 8 năm 2009. Truy cập ngày 25 tháng 6 năm 2008.Quản lý CS1: bot: trạng thái URL ban đầu không rõ (liên kết)
• “Hệ thống Alpha Centauri”. Astronomia & Astrofísica (bằng tiếng Bồ Đào Nha). Bản gốc lưu trữ ngày 3 tháng 3 năm 2016. Truy cập ngày 25 tháng 6 năm 2008.
• Hình ảnh Wikisky của Proxima Centauri