[비즈한국] Cụm sao Pleiades trong chòm sao Kim Ngưu là một cụm sao tuyệt đẹp mà bạn có thể chiêm ngưỡng bằng mắt thường. Pleiades là một cụm sao mở tập hợp những ngôi sao trẻ, nóng và xanh biếc; nếu quan sát bằng mắt thường, ta có thể thấy khoảng sáu ngôi sao sáng tụ họp lại với nhau. Cho đến nay, hơn 1.000 cụm sao mở như vậy đã được phát hiện trong Dải Ngân hà của chúng ta. Đây chỉ là con số đã được tìm thấy, các nhà thiên văn học ước tính rằng có lẽ gần 10.000 cụm sao mở đang trôi dạt trong đĩa thiên hà của chúng ta.
Thông thường, các ngôi sao không hình thành một mình. Khi một đám mây phân tử khổng lồ co lại cùng lúc, hàng trăm, hàng nghìn ngôi sao cùng lứa tuổi sẽ được sinh ra ở khu vực đó. Các cụm sao được quan sát ngày nay chính là kết quả của quá trình này. Thoạt nhìn, ta có thể tưởng rằng vô số cụm sao lấp đầy Dải Ngân hà hiện nay là những thực thể riêng biệt, được sinh ra từ hàng nghìn đám mây khí tồn tại độc lập.
Tuy nhiên, gần đây các nhà thiên văn học đã hé lộ bí mật về sự ra đời ẩn giấu của các cụm sao trong Dải Ngân hà. Đó là sự thật rằng vô số cụm sao trôi dạt trong Dải Ngân hà này thực chất đều được sinh ra từ cùng một nơi! Họ phát hiện ra rằng ban đầu chúng là những ngôi sao cùng làng, cùng sinh ra tại một địa điểm, nhưng sau hàng trăm triệu năm, quỹ đạo của các ngôi sao bị xáo trộn theo nhiều hướng, khiến hiện nay chúng trông như những cụm sao riêng biệt, cách xa nhau và hoàn toàn không liên quan.
Vệ tinh Gaia của Cơ quan Vũ trụ Châu Âu (ESA) lập bản đồ phân bố không gian chính xác của hàng tỷ ngôi sao trong Dải Ngân hà. Con số này chiếm khoảng 1% tổng số sao trong thiên hà của chúng ta. Bằng cách so sánh sự thay đổi vị trí chi tiết của từng ngôi sao, vệ tinh này còn theo dõi chuyển động của chúng để biết chúng đang trôi dạt nhanh như thế nào và theo hướng nào trong không gian Dải Ngân hà. Thông qua bản đồ Dải Ngân hà siêu chính xác được hoàn thiện bởi vệ tinh Gaia, các nhà thiên văn học có thể theo dõi vị trí của các ngôi sao trong Dải Ngân hà thay đổi như thế nào từ quá khứ hàng trăm triệu năm trước cho đến tương lai hàng trăm triệu năm sau.
Trong phân tích lần này, các nhà thiên văn học đã xác định bản đồ phân bố của các cụm sao tương đối gần, nằm trong phạm vi 3.000 năm ánh sáng xung quanh Hệ Mặt Trời. Có 272 cụm sao nằm trong phạm vi này. Họ đã truy xuất quá trình từ khoảng 300 triệu năm trước, mỗi cụm sao đã được sinh ra ở đâu và di chuyển đến vị trí hiện tại như thế nào. Kết quả thật đáng kinh ngạc: 155 trong số 272 cụm sao (chiếm 57%) hội tụ về đúng ba địa điểm khai sinh! Có vẻ như các cụm sao láng giềng được sinh ra trong vỏn vẹn ba đám mây phân tử khổng lồ này đã bị xáo trộn quỹ đạo dần dần trong suốt 300 triệu năm và phân tán khắp nơi, để rồi hiện nay nằm rải rác ở khắp các vị trí trong phạm vi 3.000 năm ánh sáng quanh Hệ Mặt Trời.
Dựa trên ba "quê hương" của các cụm sao, các nhà thiên văn học đã phân loại chúng thành Nhóm Collinder 135, Nhóm Alpha Persei và Nhóm Messier 6. Các cụm sao gia đình được "nhào nặn" trong đám mây khí gần cụm sao Collinder 135 mà có thể quan sát theo hướng chòm sao Thuyền Vĩ ở bầu trời phía Nam bao gồm NGC 2547, IC 2395, v.v. Các cụm sao gia đình được sinh ra cùng nhau trong đám mây khí gần sao Alpha Persei bao gồm IC 4665, IC 2602, v.v. Các cụm sao gia đình cùng quê hương với cụm sao Messier 6 bao gồm NGC 3228, IC 2391, Trumpler 10, NGC 2451A, v.v. Những cụm sao được sinh ra như vậy dường như đã tạo nên các cụm sao phân bố dọc theo khu vực gần chòm sao Kim Ngưu và hướng chòm sao Thiên Hạt - Nhân Mã khi nhìn từ bầu trời đêm của Trái Đất hiện nay.
Khoảng 600 triệu năm trước, các cụm sao bắt đầu hình thành trước tiên ở nhóm Alpha Persei và nhóm Messier 6. Một thời gian sau, khoảng 405 triệu năm trước, các cụm sao thuộc nhóm Collinder 135 cũng bắt đầu ra đời. Các khu vực đám mây khí nguyên thủy tồn tại ban đầu không quá lớn. Chiều rộng của khu vực nhóm Collinder 135 là khoảng 160 năm ánh sáng, nhóm Alpha Persei khoảng 290 năm ánh sáng và nhóm Messier 6 khoảng 250 năm ánh sáng. Các cụm sao từng sống quây quần trong không gian chật hẹp chưa đầy 200 năm ánh sáng quanh mỗi nơi khai sinh đã dần di chuyển theo quỹ đạo riêng của mình xoay quanh trung tâm Dải Ngân hà, khiến sự phân bố của chúng bị tản mát. Và hiện tại, các cụm sao đã bị phân tán trên một phạm vi rộng lớn tới 3.000 năm ánh sáng.
Các cụm sao di chuyển theo quỹ đạo lớn dọc theo đĩa thiên hà và dần cách xa nhau. Trong suốt thời gian đó, ước tính có gần 200 vụ nổ siêu tân tinh đã xảy ra ở mỗi cụm sao. Những dấu vết sóng xung kích từ các vụ nổ siêu tân tinh để lại đã thổi bay vật chất liên sao bao quanh không gian vũ trụ quanh Hệ Mặt Trời của chúng ta ra bên ngoài. Và nó đã tạo ra một dạng bong bóng khổng lồ, nơi mật độ vật chất liên sao được quan sát là tương đối thấp xung quanh Hệ Mặt Trời. Đây được cho là "bong bóng địa phương" (Local Bubble), một vùng trống rỗng hình hạt đậu tròn trịa quanh Hệ Mặt Trời mà chúng ta quan sát được thông qua quan trắc vô tuyến.
Gần bong bóng địa phương, chúng ta có thể tìm thấy một cấu trúc khổng lồ khác. Tồn tại một cấu trúc giống như bức tường tròn nơi mật độ vật chất liên sao cao, dường như bị sóng xung kích đẩy ra, được gọi là Bức tường khổng lồ GSH 238+00+09. Theo phân tích này, gần 200 vụ nổ siêu tân tinh đã tạo nên bong bóng địa phương quanh Hệ Mặt Trời cũng chính là nguyên nhân tạo ra bức tường khổng lồ này.
Quá trình thay đổi vị trí của từng cụm sao được truy vết trong phân tích này đã được thể hiện rất chi tiết bằng mô hình 3D.
https://cswigg.github.io/cam_website/swiggum_2024_interactive/fig2_interactive.html
https://cswigg.github.io/cam_website/swiggum_2024_interactive/fig1_interactive.html
Thông qua các liên kết trên, bạn có thể tự mình thay đổi góc nhìn theo nhiều hướng khác nhau để so sánh sự phân bố của các cụm sao quanh Hệ Mặt Trời đã thay đổi như thế nào từ quá khứ đến hiện tại. Nếu trực tiếp kiểm chứng quá trình các ngôi sao được sinh ra từ vỏn vẹn ba nơi hạn hẹp giờ đây lại cách xa nhau và phân tán khắp nơi như những thực thể không liên quan, bạn sẽ cảm nhận được Dải Ngân hà của chúng ta là một thế giới năng động đến nhường nào.
Khi theo dõi lịch sử năng động của các cụm sao quanh Hệ Mặt Trời, có một sự thật khiến ta cảm thấy đặc biệt thú vị. Đó là việc Mặt Trời của chúng ta đơn độc giữa không gian vũ trụ, không có nhóm sao nào khác xung quanh. Điều này rất kỳ lạ. Có khả năng cao là Mặt Trời của chúng ta cũng từng là một trong số vô số ngôi sao được sinh ra cùng lúc trong quá trình co lại của một đám mây khí khổng lồ cùng với những ngôi sao khác từ lâu. Nếu vậy, lẽ ra xung quanh Mặt Trời phải có rất nhiều ngôi sao láng giềng được sinh ra ở nơi tương tự và vào thời điểm tương tự. Nói cách khác, việc Mặt Trời thuộc về một cụm sao nào đó là điều tự nhiên. Thế nhưng, Mặt Trời lại là một ngôi sao "độc hành" trôi dạt trong vũ trụ mà không thuộc về bất kỳ cụm sao nào.
Những nỗ lực tìm kiếm các ngôi sao anh em đã mất của Mặt Trời – những ngôi sao có thể đã cùng sinh ra tại quê hương với Mặt Trời – vẫn đang tiếp tục bền bỉ. Cách chắc chắn nhất để phân biệt nguồn gốc của một ngôi sao là so sánh thành phần hóa học cấu tạo nên bầu khí quyển của ngôi sao đó. Nếu tìm thấy một ngôi sao có thành phần hóa học rất giống với Mặt Trời ở gần đó, ta có thể suy đoán rằng đó có khả năng cao là một ngôi sao anh em được sinh ra từ việc kết hợp những nguyên liệu tương tự trong cùng một đám mây khí từ lâu.
Cho đến nay, đã có hàng chục ngôi sao được cho là anh em thất lạc của Mặt Trời được tìm thấy. Trong đó có sao HD 162826 cách khoảng 110 năm ánh sáng theo hướng chòm sao Hercules. Ngôi sao này có khối lượng nặng hơn Mặt Trời khoảng 15%, được coi như một người anh em "nặng ký" của Mặt Trời. Gần đây hơn, sao HD 186302 cách khoảng 185 năm ánh sáng theo hướng chòm sao Thiên Khổng cũng được công bố là một ngôi sao anh em thất lạc khác của Mặt Trời. Tuy nhiên, cũng có phản bác cho rằng vì quỹ đạo của ngôi sao này hiện nay đã lệch xa so với quỹ đạo mà Mặt Trời đang quay quanh Dải Ngân hà, nên xét về lịch sử cơ học, khả năng đây không phải là anh em của Mặt Trời. Đã từng có phân tích cho rằng cụm sao Messier 67 có khả năng cao là quê hương nơi Mặt Trời ra đời, nhưng các quan trắc chính xác gần đây đã làm giảm đáng kể khả năng này.
Đáng tiếc là nơi Mặt Trời được sinh ra trước khi "bỏ nhà ra đi" để trở thành một kẻ lang thang đơn độc trong vũ trụ như hiện nay vẫn chưa được xác định chính xác. Các nhà thiên văn học vẫn đang tiếp tục truy tìm quê hương thực sự của Mặt Trời. Rốt cuộc thì sao Mặt Trời lại rơi vào hoàn cảnh đơn côi này? Và tại sao câu hỏi này lại quan trọng?
Việc truy tìm chính xác cụm sao quê hương của Mặt Trời không chỉ đơn thuần là giải mã bí mật khai sinh của Mặt Trời, mà còn có thể đưa ra câu trả lời bất ngờ về nguồn gốc của Trái Đất và sự sống của chúng ta. Biết đâu, phải là một ngôi sao không thuộc về cụm sao nào như Mặt Trời thì mới có thể giữ được những hành tinh có sự sống một cách ổn định trong thời gian dài hơn? Nói cách khác, phải chăng thực tế cô độc của Mặt Trời lại là một sự may mắn bất ngờ giúp cho hành tinh xinh đẹp mang tên Trái Đất – cái nôi của sự sống – có thể tồn tại bên cạnh Mặt Trời? Xa hơn nữa, có lẽ các vật chất sự sống đã được hình thành ở khắp nơi trong cụm sao quê hương nơi Mặt Trời ra đời, và khi các vật chất đó được truyền đến Trái Đất, chúng ta mới có được Trái Đất như ngày hôm nay. Nghĩa là, khi tìm thấy cụm sao quê hương nơi Mặt Trời sinh ra, chúng ta có thể sẽ dễ dàng tìm thấy dấu vết của sự sống ngoài hành tinh ở đó hơn.
Nếu quê hương của vô số cụm sao lấp đầy Dải Ngân hà ngày nay hội tụ về chỉ hai hoặc ba nơi, thì liệu Mặt Trời của chúng ta có phải là một ngôi sao được sinh ra cùng một trong những nơi đó hay không? Khi có thể lần ngược lại quá trình hình thành của Dải Ngân hà, tôi hy vọng rằng một ngày nào đó, chúng ta có thể truy vết đến tận khoảnh khắc ra đời của Mặt Trời và sự sống, để rồi mọi bí mật về sự khai sinh của Mặt Trời sẽ được phơi bày.
Tham khảo
https://www.nature.com/articles/s41586-024-07496-9
Tác giả Ji Woong-bae là ai? Anh yêu mèo và vũ trụ. Khi còn nhỏ, sau khi xem "Galaxy Express 999", anh đã nuôi dưỡng ước mơ lan tỏa vẻ đẹp của vũ trụ. Hiện anh đang nghiên cứu sự tiến hóa thông qua tương tác giữa các thiên hà tại Trung tâm Nghiên cứu Tiến hóa Thiên hà và Phòng thí nghiệm Vũ trụ học cận kề thuộc Đại học Yonsei, đồng thời thực hiện nhiều hoạt động truyền thông khoa học như thuyết trình và viết sách. Anh là tác giả của các cuốn sách như "Đài thiên văn đang hẹn hò", "Suy nghĩ về vũ trụ cả ngày", "Sao, khoa học của ánh sáng".