NHỮNG VỤ BÙNG PHÁT ÁNH SÁNG TRẮNG 'HIẾM HOI' CỦA MẶT TRỜI CÓ MẶT KHẮP NƠI

Bùng phát Mặt Trời (solar flare) là những đợt giải phóng đột ngột năng lượng từ. Chúng phát ra bức xạ, các hạt năng lượng cao và plasma, những thứ chi phối thời tiết không gian khắp Hệ Mặt Trời. Một loại đặc biệt khiến ngay cả ánh sáng nhìn thấy được của Mặt Trời cũng sáng lên: bùng phát ánh sáng trắng (white-light flare). Vụ đầu tiên được ghi nhận đã được Carrington và Hodgson quan sát một cách độc lập vào năm 1859.

Kể từ đó, chúng được coi là hiếm và cực đoan. Phần lớn năng lượng của một vụ bùng phát được giải phóng ở trên cao trong vành nhật hoa, và rất khó để đưa đủ năng lượng xuống làm nóng các lớp sâu phát ra ánh sáng nhìn thấy được. Các nghiên cứu ban đầu từ mặt đất chỉ đếm được vài vụ mỗi năm. Trước Đài quan sát Động lực học Mặt Trời (SDO) của NASA, chỉ khoảng 150 vụ bùng phát được xác định chắc chắn là bùng phát ánh sáng trắng; ngày nay con số là vài trăm, chủ yếu thuộc các cấp lớn nhất, X và M. Các vụ bùng phát được xếp theo độ sáng tia X thành các cấp B, C, M và X, từ yếu nhất đến mạnh nhất. Một phe khác từ lâu đã lập luận điều ngược lại: mọi vụ bùng phát đều có thể phát sáng trong ánh sáng trắng, chỉ là kính thiên văn chưa đủ nhạy để thấy.

Từng điểm ảnh một

Shuanghong Li, Yongliang Song và các đồng nghiệp tại Đài Thiên văn Quốc gia Trung Quốc và Đại học Sư phạm Tây Hoa (China West Normal University) bắt tay giải quyết dứt điểm câu hỏi này bằng máy ảnh HMI của SDO, thiết bị đã chụp bề mặt nhìn thấy được của Mặt Trời cứ mỗi 45 giây, với các điểm ảnh rộng khoảng nửa giây cung (giây cung là một góc rất nhỏ, bằng 1/3600 độ), trong hơn 15 năm.

Phương pháp của họ cố ý đơn giản. Với mỗi điểm ảnh trong một vùng có bùng phát, họ theo dõi độ sáng của nó theo thời gian, trừ đi nền biến đổi chậm, và tìm các xung. Nếu xung mạnh nhất trong lúc bùng phát nổi bật so với các xung trước và sau nó ít nhất sáu lần độ tản mát của chúng, điểm ảnh được tính là đang phát sáng. Những đốm cô lập chỉ gồm một hoặc hai điểm ảnh bị loại bỏ, để tránh các cú va chạm của tia vũ trụ và các điểm ảnh nhiễu. Cùng một ngưỡng được áp dụng cho mọi vụ bùng phát.

Họ chọn một mẫu khắt khe: 769 vùng hoạt động — những mảng từ tính quanh các vết đen Mặt Trời, nơi bùng phát nổ ra — được chọn trong số những vùng ít hoạt động nhất, mỗi vùng tạo ra ít hơn mười vụ bùng phát, trong khoảng từ tháng 1 năm 2011 đến tháng 5 năm 2025. Điều đó cho ra 1.951 vụ bùng phát — 547 vụ cấp B, loại yếu nhất trong mẫu, 1.316 vụ cấp C, 88 vụ cấp M, và hoàn toàn không có vụ khổng lồ cấp X nào.

Cứ hai vụ thì có một

1.012 trong số 1.951 vụ bùng phát đã phát sáng trong ánh sáng trắng: 51,9%. Tỷ lệ tăng theo độ lớn của vụ bùng phát: 36,9% với cấp B, 55,9% với cấp C và 85,2% với cấp M. Các tác giả viết rằng “lần đầu tiên”, sự phát xạ ánh sáng trắng hóa ra phổ biến ngay cả trong các vụ bùng phát cấp B.

Hai phần ba số vùng yên tĩnh (508 trên 769) tạo ra ít nhất một vụ bùng phát ánh sáng trắng. Một vùng càng tạo ra nhiều vụ bùng phát thì khả năng càng cao: 43,6% với các vùng chỉ có một vụ, 68,1% với hai vụ, 76,5% với ba vụ, 86,1% với bốn vụ, và gần như tất cả các vùng có từ sáu vụ trở lên. Theo từng năm, tỷ lệ này bám sát số vết đen Mặt Trời trong các vùng được lấy mẫu (hệ số tương quan r ≈ 0,85). Nó không ưu tiên vĩ độ nào, và đi theo chu kỳ Mặt Trời: khoảng 57% số vụ bùng phát trong chu kỳ 24, 45% cho đến nay trong chu kỳ 25.

Ẩn mình ngay trước mắt

Vì sao chúng bị bỏ sót lâu như vậy? Các mảng phát sáng, mà các tác giả gọi là nhân (kernel), rất nhỏ: phần lớn dưới 2 giây cung vuông (khoảng tám điểm ảnh của máy ảnh), không bao giờ quá 5 giây cung vuông. Chúng phần lớn kéo dài từ 6 đến 16 phút và chỉ làm bề mặt sáng thêm 3 đến 20%, thường là 6 đến 9% — xấp xỉ đúng ngưỡng 8% mà nhiều nghiên cứu trước đây dùng để công nhận một phát hiện.

Trên hết, phần lớn chúng nằm ngoài các vết đen Mặt Trời, trong vùng Mặt Trời yên tĩnh: 91,4% số nhân trong các vụ bùng phát cấp B, 86,1% trong cấp C và vẫn còn 74,4% trong cấp M. Ở đó, trên một nền vốn đã sáng, độ tương phản yếu và khó nhìn thấy bằng mắt. Và khi một vụ bùng phát có nhiều nhân, chúng thường sáng lên lệch nhịp với nhau, nên chỉ so sánh hai ảnh chụp sẽ bỏ sót một số nhân. Các vụ bùng phát nhỏ phần lớn chỉ có một nhân; các vụ bùng phát cấp M thường có hơn ba.

Điều gì quyết định độ sáng

Tuy nhiên, độ sáng của một nhân không cho thấy mối liên hệ nào với cấp của vụ bùng phát, với từ trường tại chỗ hay với kích thước của nhân. Nó đi cùng với thời gian nhân tồn tại và thời gian nó cần để sáng lên. Các tác giả nghi ngờ rằng cấu hình từ trường vào thời điểm bùng phát quyết định hiệu quả làm nóng các tầng khí quyển sâu. Khoảng một nửa số nhân đạt đỉnh giữa hai mốc trong tín hiệu tia X của vụ bùng phát, gợi ý một sự kết hợp của nhiều quá trình làm nóng.

Vượt ra ngoài Mặt Trời

Phát hiện này còn vươn xa hơn ngôi sao của chúng ta. Bùng phát ánh sáng trắng trên Mặt Trời giống với bùng phát trên các ngôi sao khác, và những bùng phát yếu trên sao bị chìm lấp trong ánh sáng của toàn bộ ngôi sao. Các tác giả gợi ý rằng những ngôi sao chưa từng thấy bùng phát nào có thể hoạt động mạnh như Mặt Trời. Họ cũng nêu ra các giới hạn của chính mình: bất cứ thứ gì ngắn hơn 45 giây hoặc nhỏ hơn nửa giây cung đều lọt khỏi máy ảnh, các đốm cô lập đã bị loại bỏ, và mẫu chủ yếu gồm những vụ bùng phát nhỏ.

Các tác giả lưu ý rằng nghiên cứu này ra đời hơn 170 năm sau quan sát của Carrington — và vào đúng năm kỷ niệm 200 năm ngày sinh của ông.