[비즈한국] Ngôi sao nặng nhất từng được tìm thấy trong vũ trụ là gì? Vấn đề này vẫn còn gây nhiều tranh cãi. Đám mây Magellan Lớn, có thể quan sát được từ bầu trời đêm ở Nam bán cầu, hiện vẫn là một hiện trường nơi các ngôi sao trẻ đang được hình thành vô cùng mạnh mẽ. Chúng ta có thể thấy hiện trường nơi những ngôi sao mới chào đời, tươi trẻ đang phun ra nguồn năng lượng mạnh mẽ theo mọi hướng, thổi bay các đám mây bụi. Trong số đó, có những nơi những đám mây bị thổi dạt đi tạo nên hình thù đáng sợ như con nhện khổng lồ, nên nó được gọi là Tinh vân Tarantula.
Tại đây, các nhà thiên văn học đã từng phát hiện ra một ngôi sao quá nặng, vượt xa mọi dự đoán. Ngôi sao đó có tên là R136. Khi mới được phát hiện, người ta ước tính khối lượng của nó lên tới hơn 2.000 lần khối lượng Mặt Trời. Tuy nhiên, giới khoa học cho rằng dù ngôi sao có nặng đến đâu thì cũng không thể vượt quá 100 lần khối lượng Mặt Trời. Đây là một con số vô lý.
Sau đó, thông qua kính viễn vọng không gian Hubble, người ta đã quan sát Đám mây Magellan một cách chi tiết. Bức ảnh dưới đây là hình ảnh Đám mây Magellan do Hubble chụp vào ngày 20 tháng 10 năm 2009. Thông qua những quan sát chi tiết hơn của Hubble, các nhà thiên văn học nhận ra rằng R136 thực chất không phải là một ngôi sao đơn lẻ mà là một cụm sao nhỏ tập hợp nhiều ngôi sao lại với nhau. Vì các ngôi sao tụ tập quá dày đặc trong một không gian chật hẹp nên chúng không thể được phân biệt rõ ràng.
Hàng nghìn ngôi sao tập trung trong một không gian có đường kính chưa đầy 0,6 năm ánh sáng. Trên thực tế, trong số đó có ít nhất bảy ngôi sao trở lên sở hữu khối lượng khổng lồ, gấp hơn 100 lần khối lượng Mặt Trời. Thật thú vị, đây là một hiện trường nặng nề đến nghẹt thở, nơi quy tụ từ vị trí số 1 đến số 25 của tất cả những ngôi sao nặng nhất mà nhân loại từng tìm thấy. Trước khi có Hubble, chúng ta nhìn nơi này bằng tầm nhìn mờ nhạt và đánh đồng tất cả là một, dẫn đến sự hiểu lầm rằng có một ngôi sao nặng gấp 2.000 lần khối lượng Mặt Trời.
Tuy nhiên, bí ẩn tại nơi này vẫn chưa kết thúc. R136 vốn đã nổi tiếng là cụm sao chỉ chứa những ngôi sao nặng nhất, nhưng giờ đây nó lại tiếp tục giành lấy một danh hiệu khác: cụm sao là nhà của những ngôi sao siêu tốc chạy nhanh nhất.
Nếu như kính viễn vọng không gian Hubble đóng vai trò là đôi mắt cho thấy vũ trụ rõ nét nhất trước khi kính James Webb được đưa vào vũ trụ, thì còn một kính viễn vọng không gian khác đang miệt mài thực hiện sứ mệnh riêng của mình, đó chính là Gaia. Gaia quay quanh Mặt Trời cùng với Trái Đất, đo đạc khoảng cách và chuyển động chi tiết của hàng trăm triệu ngôi sao trong Ngân Hà của chúng ta. Thông qua đó, nó đã hoàn thiện bản đồ ba chiều của các ngôi sao trong phạm vi hàng chục nghìn năm ánh sáng quanh chúng ta. Đồng thời, nó cho phép chúng ta truy xuất ngược lại con đường mà mỗi ngôi sao đã di chuyển, từ đó dự đoán được vị trí trong quá khứ, lộ trình trong tương lai và xuyên không qua thời gian.
Nhờ hiệu năng vượt trội, đôi mắt của Gaia không chỉ bị giới hạn trong phạm vi Ngân Hà. Các ngôi sao trong Đám mây Magellan, thiên hà lùn gần Ngân Hà nhất, cũng trở thành mục tiêu của Gaia. Gần đây, dựa trên kết quả quan sát của Gaia, các nhà thiên văn học đã phát hiện ra rằng các ngôi sao sống trong cụm sao R136 trong Đám mây Magellan đang di chuyển nhanh đến mức kinh ngạc. Chúng trông như thể đang cố gắng lao ra khỏi cụm sao. Những ngôi sao di chuyển với ý định "đào tẩu" ra khỏi cụm sao này được gọi là sao chạy trốn (runaway stars).
Như đã giải thích ở trên, đây là một trong những khu vực hình thành sao sôi động nhất, nơi vô số ngôi sao trẻ đang ra đời một cách bùng nổ. Có hơn 70 ngôi sao loại O cực nặng và những ngôi sao Wolf-Rayet hung bạo phun ra năng lượng khổng lồ theo mọi hướng. Chỉ riêng khối lượng tổng thể của cụm sao đã vượt quá 450.000 lần khối lượng Mặt Trời. Vì là một hiện trường nghẹt thở nơi các ngôi sao nặng nề chen chúc trong không gian quá hẹp, các ngôi sao lân cận tương tác trọng lực với nhau khiến quỹ đạo của chúng bị xáo trộn. Do đó, thỉnh thoảng lại xuất hiện những ngôi sao đáng thương bị chệch khỏi quỹ đạo ban đầu và bị bắn ra khỏi cụm sao với tốc độ nhanh. Các nhà thiên văn học đã từng phát hiện ra các ngôi sao chạy trốn trong cụm sao này thông qua quan sát của kính Hubble.
Thế nhưng, dữ liệu quan sát của Gaia lần này đã ngay lập tức tăng số lượng sao chạy trốn lên con số 55. Tất cả chúng đều đang nhanh chóng chạy trốn khỏi tâm của cụm sao. Điều đáng kinh ngạc là số lượng sao chạy trốn được xác nhận lần này chiếm tới 1/3 tổng số các ngôi sao đã được xác định trong cụm sao cho đến nay. Thực tế là gần 30% thành viên đang cùng nhau thực hiện cuộc đại đào tẩu!
Kết quả truy xuất ngược lịch sử chuyển động chi tiết của từng ngôi sao qua dữ liệu của Gaia cho thấy, có vẻ như đã có hai cuộc đào tẩu lớn xảy ra tại cụm sao này. Đợt sóng đầu tiên diễn ra cách đây 1,8 triệu năm, vào thời điểm cụm sao mới hình thành. Khi nhiều ngôi sao được hình thành mạnh mẽ trong chớp mắt, tương tác trọng lực đầu tiên đã xảy ra, và lúc đó nhiều ngôi sao đã bay ra khỏi cụm sao. Sau một thời gian ngắn hòa bình, đợt sóng thứ hai đã xảy ra cách đây 200.000 năm khi cụm sao đi ngang qua một cụm sao lân cận. Các nhà thiên văn học cho rằng cụm sao lân cận được phát hiện vào năm 2012 chính là thủ phạm. Trải qua đợt sóng thứ hai này, hầu hết các ngôi sao trong cụm đều đổ xô ra ngoài theo cùng một hướng.
Tuổi thọ của các ngôi sao sẽ ngắn lại khi khối lượng càng lớn. Chúng kết thúc vòng đời ngắn ngủi chỉ trong vài triệu đến vài chục triệu năm rồi biến mất cùng với những vụ nổ siêu tân tinh khổng lồ. Những ngôi sao chạy trốn sau khi văng ra khỏi cụm sao gốc để chu du trong không gian thiên hà có thể trở thành những "quả bom hẹn giờ" không biết khi nào và ở đâu sẽ phát nổ. Các nhà thiên văn học giả định rằng nếu những ngôi sao rời bỏ quê hương gốc và lang thang trong vũ trụ này đã tồn tại từ xa xưa, thì chúng có thể chính là thủ phạm gây ra quá trình tái ion hóa, khi mà toàn bộ vũ trụ đã từng bị ion hóa trong quá khứ.
Những ngôi sao giống như bom hẹn giờ bay khắp mọi ngóc ngách của vũ trụ cuối cùng đã phát nổ, phun ra tia cực tím mạnh mẽ vào không gian vũ trụ xung quanh. Đặc biệt, những vụ nổ của các ngôi sao chạy trốn đào sâu vào các đám mây bụi trong không gian vũ trụ chắc hẳn đã ion hóa hàng loạt các nguyên tử trong đám mây khí xung quanh chúng.
Đám mây Magellan là một trong những hiện trường đáng kinh ngạc gắn liền với lịch sử nhân loại và lịch sử phát triển khoa học. Đặc biệt, rất nhiều khám phá vĩ đại trong lĩnh vực thiên văn học đã diễn ra tại Đám mây Magellan. Đám mây Magellan, vốn là kim chỉ nam cho nhà thám hiểm Magellan khi ông nhìn thấy những đám mây sao mờ ảo trên bầu trời trong chuyến hải trình đầu tiên qua đại dương ở Nam bán cầu, sau đó vào những năm 1900 đã cho thấy diện mạo của những ngôi sao biến quang thất thường mà nó ẩn chứa. Nhờ khám phá của nhà thiên văn học Henrietta Leavitt – người đã nghiên cứu những ngôi sao này, chúng ta đã học được cách đo khoảng cách đến các vì sao bằng sao biến quang và đo đạc quy mô của vũ trụ. Điều này cũng đã tạo tiền đề cho Edwin Hubble khám phá ra thực thể của một vũ trụ khổng lồ với vô số thiên hà bên ngoài Ngân Hà của chúng ta.
Và giờ đây, Đám mây Magellan là nơi năng động nhất bên cạnh chúng ta, chứa đựng những ngôi sao nặng nhất và nhanh nhất. Có thể nói đó là một hộp mẫu vật và rương kho báu đáng kinh ngạc nhất, chứa đựng những trường hợp cực đoan nhất mà chúng ta có thể gặp trong vũ trụ. Đó cũng là thế giới đẹp đẽ nhất mà tất cả các kính viễn vọng không gian, từ James Webb đến Hubble, đều không bỏ lỡ việc quan sát.
Việc có tới hai chiếc rương kho báu quý giá như vậy trôi nổi bên cạnh Ngân Hà có lẽ là một vận may thiên văn thực sự. Bởi vì chúng ta không cần phải tìm kiếm trong vũ trụ xa xôi mờ mịt cách hàng chục tỷ năm ánh sáng, mà có thể tận mắt chứng kiến những hiện tượng cực đoan nhất diễn ra trong vũ trụ ngay bên cạnh mình một cách thuận tiện hơn nhiều. Nếu Đám mây Magellan không trôi nổi bên cạnh Ngân Hà, sự phát triển thiên văn học của nhân loại có lẽ đã tụt hậu hàng thế kỷ.
Tham khảo
https://www.nature.com/articles/s41586-024-08013-8
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 ước mơ giới thiệu vẻ đẹp của vũ trụ đến mọi người. Hiện tại, anh đang nghiên cứu về sự tiến hóa của các thiên hà thông qua tương tác tại Trung tâm Nghiên cứu Tiến hóa Thiên hà và Phòng thí nghiệm Vũ trụ học thuộc Đại học Yonsei. Anh cũng tham gia nhiều hoạt động truyền thông khoa học như thuyết trình và viết lách. Anh là tác giả của các cuốn sách như "Đài thiên văn hẹn hò", "Suy ngẫm về vũ trụ cả ngày", "Sao, khoa học của ánh sáng".