Quan hệ giữa màu sắc và nhiệt độ của các ngôi sao

Ngôi sao – những hòn lửa cháy sáng rực rỡ giữa vũ trụ vô cùng rộng lớn, luôn khiến con người say mê và thần kỳ. Với vẻ đẹp độc đáo và sức hút mãnh liệt, ngôi sao là điểm nhấn trong vũ trụ đen tối, như những viên ngọc quý trên bầu trời đêm. Chúng ta thường thấy các ngôi sao hiển hiện với màu sắc khác nhau, từ trắng sáng cho đến vàng, đỏ, và thậm chí là xanh hay xanh lục. Màu sắc này không chỉ là một sự đẹp mắt, mà nó phản ánh một thông tin quan trọng về nhiệt độ của các ngôi sao. Liệu chúng ta thực sự đã hiểu rõ mối quan hệ giữa màu sắc và nhiệt độ của những ngôi sao trên bầu trời kia chưa chưa? Hãy cùng tìm hiểu qua bài viết này nhé.

Chỉ mục màu của các ngôi sao

Trong lĩnh vực thiên văn học, màu sắc của một thiên thể có thể được xác định thông qua chỉ mục màu, và từ đó chúng ta có thể suy ra thông tin về nhiệt độ của các ngôi sao. Để đo chỉ mục màu, ta sử dụng hai bộ lọc khác nhau, ví dụ như U và B hoặc B và V. U là bộ lọc nhạy với tia cực tím, B là bộ lọc nhạy với ánh sáng xanh, và V là bộ lọc nhạy với ánh sáng khả kiến. Tập hợp các bộ lọc này cùng nhau tạo thành một hệ thống trắc quang.

Chỉ mục màu U-B hoặc B-V được tính dựa trên sự khác biệt trong cấp sao giữa hai bộ lọc này. Nếu chỉ mục màu nhỏ, tức hiệu U-B hoặc B-V nhỏ hơn, thiên thể sẽ có màu xanh hơn hoặc nóng hơn. Ngược lại, nếu chỉ mục màu lớn hơn, thiên thể sẽ có màu đỏ hơn hoặc lạnh hơn. Điều này xảy ra do cấp sao được đo bằng thang đo logarit, trong đó các thiên thể sáng hơn sẽ có cấp sao nhỏ hơn (giá trị âm) so với các thiên thể mờ hơn.

Ví dụ, Mặt Trời có màu vàng và chỉ mục B-V khoảng 0,656±0,005. Trong khi đó, sao Rigel có màu xanh và chỉ mục B-V là -0,03 (cấp sao B của nó là 0,09 và cấp sao V là 0,12, nên B-V = -0,03).

Phân loại quang phổ Harvard

Có nhiều loại ngôi sao khác nhau tồn tại trong vũ trụ, và sự tồn tại của chúng phụ thuộc vào nhiệt độ và độ sáng mà chúng phát ra. Một phương pháp phân loại phổ biến trong thiên văn học được gọi là phân loại quang phổ Harvard, được đặt tên theo Đại học Harvard nơi nó được phát triển vào cuối thế kỷ 19. Phân loại này được sử dụng rộng rãi bởi các nhà thiên văn học để xác định và phân loại các ngôi sao.

Phân loại quang phổ Harvard đánh giá các ngôi sao dựa trên nhiệt độ và độ sáng của chúng. Có bảy loại sao chính trong phân loại này, từ O, B, A, F, G, K đến M, ứng với các màu sắc từ xanh lam đến đỏ. Loại sao O có nhiệt độ cao nhất và sáng nhất, trong khi loại sao M có nhiệt độ thấp nhất và độ sáng yếu hơn. Các loại sao khác nằm ở giữa hai cực đoạn này, với nhiệt độ và độ sáng tương ứng.

Phân loại quang phổ Harvard giúp chúng ta có cái nhìn tổng quan về đa dạng của các ngôi sao và hiểu rõ hơn về quan hệ giữa màu sắc và nhiệt độ của các ngôi sao trong vũ trụ.

Bảng tương quan giữa các lớp quang phổ của các ngôi sao và nhiệt độ bề mặt, biết 1K = -272.15 ºC

Lớp O

Các sao thuộc lớp O cực kỳ nóng và chói lọi, về màu sắc rất gần với màu xanh. Sáng gấp khoảng một triệu lần Mặt Trời với nhiệt độ trên 30,000 Kelvin.

Lớp B

Các ngôi sao trong nhóm này có nhiệt độ nằm trong khoảng từ 30.000 Kelvin đến 10.000 Kelvin. Các sao lớp O và B có tuổi thọ thấp do chúng hoạt động rất mạnh mẽ. Chúng không rời xa khỏi khu vực chúng đã sinh ra vì không đủ thời gian.

Lớp A

Sao lớp A là một loại sao phổ biến và có thể quan sát được bằng mắt thường. Chúng có màu trắng và tạo ra ánh sáng sáng đặc trưng. Ngoài các sao lớp A thông thường, có rất nhiều sao lùn trắng thuộc cùng lớp A này.

Lớp F

Những ngôi sao này nằm trong khoảng nhiệt độ từ 7.500 Kelvin đến 6.000 Kelvin với màu vàng trắng.

Lớp G

Các sao lớp G có nhiệt độ khoảng 5,200–6,000K. Các sao lớp này có lẽ được biết đến nhiều nhất do Mặt Trời của chúng ta thuộc lớp này.

Lớp K

Các sao lớp K có màu da cam đặc trưng và có nhiệt độ thấp hơn so với Mặt Trời một chút. Trong số này, có một số sao lớp K là sao khổng lồ và siêu khổng lồ.

Lớp M

Lớp M là phổ biến nhất nếu tính theo số lượng sao. Tất cả sao lùn đỏ đều thuộc lớp M và chúng có rất nhiều; hơn 90% sao là các sao lùn đỏ, chẳng hạn như Proxima Centauri.

Quan hệ giữa màu sắc và nhiệt độ của các ngôi sao

Như vậy ta có thể thấy rằng các ngôi sao nóng thường có màu xanh lam và nhiệt độ bề mặt khoảng 30.000 ºC. Chúng phát ra phần lớn năng lượng ánh sáng ở dạng bước sóng ngắn. Ngược lại, ngôi sao như Arcturus tỏa sáng với ánh sáng có bước sóng dài hơn, mang màu đỏ và có nhiệt độ bề mặt dưới 3000 ºC. Các ngôi sao với nhiệt độ bề mặt từ 3000 đến 6000 °C có màu vàng tương tự như Mặt Trời của chúng ta.

Đọc thêm: Bí ẩn về hành tinh thứ 9 trong hệ mặt trời. Những phát hiện mới đáng kinh ngạc về hành tinh thứ 9