[비즈한국] Tinh vân Helix (Helix Nebula) là một thiên thể được những người yêu thích vũ trụ đặc biệt ưa chuộng. Không gian trống rỗng ở trung tâm được bao quanh bởi các mảnh vụn khí tròn nhỏ, bên ngoài là các mảnh vụn khí lan tỏa theo hình elip hơi méo sang hai bên. Nó trông giống như một con mắt khổng lồ của vũ trụ. Nhờ vẻ ngoài đầy cuốn hút, nó từng được sử dụng làm hình ảnh chính cho loạt phim tài liệu Cosmos của Neil deGrasse Tyson vào năm 2014. Bản thân tôi cũng đã sử dụng bức ảnh này làm ảnh bìa cho cuốn sách “Mỗi ngày một mảnh vũ trụ” xuất bản năm ngoái.
Ở trung tâm của những đám mây khí tán xạ tứ phía trong Tinh vân Helix là một khoảng không vắng lặng. Và ngay tại đó là xác của một ngôi sao đã chết, sau khi lớp khí quyển bên ngoài đã bay mất từ lâu. Đó là một sao lùn trắng. Các nhà thiên văn học từ lâu đã nghĩ rằng chỉ có sao lùn trắng tồn tại, đơn độc và dần mất đi ánh sáng. Tuy nhiên, gần đây họ đã phát hiện ra một sự thật đáng ngạc nhiên ẩn giấu ở đây. Một cái kết bi tráng và đau lòng đang diễn ra, nơi một hành tinh bị trọng lực của sao lùn trắng giam cầm đang dần bị phá hủy. Ở giữa hiện trường xinh đẹp mà một ngôi sao đã để lại cùng với cái chết của mình từ lâu, cái chết của một hành tinh khác vẫn đang tiếp diễn.
Tinh vân Helix là một đám mây khí cách chúng ta khoảng 650 năm ánh sáng về phía chòm sao Bảo Bình. Đó là dấu vết còn sót lại sau khi một ngôi sao giống như Mặt trời biến mất từ lâu. Con mắt vũ trụ khổng lồ này hiện đang trải rộng khoảng 5~6 năm ánh sáng. Những mảnh vụn này vẫn đang tiếp tục lan rộng với tốc độ 30km/s. Khi ngôi sao đã chết từ lâu thổi bay bầu khí quyển bên ngoài, phần lõi bên trong đã lộ ra, và ngày nay nó tồn tại dưới dạng sao lùn trắng WD 2226-210 ở giữa Tinh vân Helix.
Mặc dù là xác của một ngôi sao đã chết, không còn khả năng phản ứng nhiệt hạch, nhưng vì là phần lõi lộ ra sau khi lớp vỏ ngoài bị tước bỏ nên nhiệt độ của nó cực kỳ nóng. Nhiệt độ bề mặt lên tới gần 120.000 độ C. Tuy nhiên, vì kích thước của ngôi sao quá nhỏ nên nhìn tổng thể nó có vẻ tối. Đường kính của sao lùn trắng này chỉ bằng khoảng 2% đường kính của Mặt trời. Vì nhiệt độ quá cao nên nó tỏa ánh sáng trắng, đó là lý do nó được gọi là sao lùn trắng.
Vì sao lùn trắng có nhiệt độ rất cao nên năng lượng thường được quan sát thấy ở bước sóng cực ngắn như tia cực tím. Thế nhưng, sao lùn trắng ở trung tâm Tinh vân Helix lại có chút khác lạ. Không chỉ tia cực tím mà một lượng năng lượng đáng kể cũng được quan sát thấy trong vùng hồng ngoại. Vào giữa những năm 2000, các nhà thiên văn học phân tích quang phổ của sao lùn trắng trung tâm qua nhiều bước sóng đã cho rằng sự dư thừa tia hồng ngoại này là do một đĩa bụi dày bao quanh sao lùn trắng. Trong các quan sát tiếp theo, các thành phần kim loại rõ rệt đã được phát hiện trong quang phổ của sao lùn trắng. Một số nhà thiên văn học cho rằng đây có thể là dấu vết cho thấy sao lùn trắng đã bị "nhiễm" kim loại khi nuốt chửng một tiểu hành tinh hoặc hành tinh chứa kim loại từ lâu.
Dựa trên những quan sát này, các nhà thiên văn học suy đoán rằng xung quanh sao lùn trắng trung tâm của Tinh vân Helix có thể tồn tại một đĩa bụi chứa đầy các mảnh vụn lớn nhỏ, rác thải của các thiên thể nhỏ, tương tự như vành đai Kuiper quanh Mặt trời của chúng ta. Hoặc cũng có thể là do các sao chổi mà ngôi sao trung tâm từng sở hữu khi còn sống vẫn đang bao quanh nó như đám mây Oort.
Năm 2024, sự thật rằng độ sáng của sao lùn trắng trung tâm đang dao động theo chu kỳ nhất định đã được tiết lộ. Các nhà thiên văn học suy đoán rằng đây có thể là do vẫn còn một hành tinh tồn tại và canh giữ bên cạnh nó. Nếu một hành tinh khí có kích thước tương đương sao Hải Vương đang xoay quanh (so với chính tinh vân) ở quỹ đạo nghiêng khoảng 25 độ, thì ta có thể giải thích được sự biến đổi độ sáng của sao lùn trắng trung tâm. Dựa vào đây, các nhà thiên văn học suy đoán rằng có một hành tinh chưa bị phá hủy hoàn toàn đang xoay quanh sao lùn trắng. Tuy nhiên, không thể loại trừ khả năng biến động độ sáng của sao lùn trắng trung tâm không phải do hành tinh mà chỉ là do sự bất ổn của chính ngôi sao này.
Đối với sao lùn trắng trung tâm của Tinh vân Helix, ngoài chuyện này ra còn có một bí ẩn khác chưa giải quyết được trong gần 40 năm qua. Từ những năm 1980, các nhà thiên văn học đã bắt gặp ánh sáng tia X rõ rệt khó giải thích từ sao lùn trắng trung tâm ở đây. Nhưng điều này thật kỳ lạ. Thông thường, tia X được tạo ra khi có thiên thể phát ra năng lượng cực đoan hơn cả tia cực tím. Thế nhưng tinh vân hành tinh chỉ là dấu vết để lại sau khi một ngôi sao đã chết từ lâu. Mặc dù có một sao lùn trắng nóng bỏng, nhưng chỉ riêng sao lùn trắng đó không thể giải thích được tia X cường độ mạnh quan sát thấy ở Tinh vân Helix. Nói cách khác, cần có một thứ gì đó khác.
Trong nghiên cứu lần này sử dụng dữ liệu quan sát từ kính viễn vọng không gian tia X Chandra, các nhà thiên văn học cho biết đây có thể là bằng chứng cho thấy sự tồn tại của một hành tinh thứ hai. Biết đâu bên cạnh sao lùn trắng trung tâm của Tinh vân Helix không chỉ có một mà có tới hai hành tinh. Nhưng một trong số đó đã bị trọng lực mạnh mẽ của sao lùn trắng hút lấy và phá hủy từ sớm cùng với cái chết của ngôi sao, các mảnh vỡ của hành tinh bị nghiền nát đã nhanh chóng bị kéo vào trong sao lùn trắng. Và có khả năng chỉ còn lại một hành tinh duy nhất chưa bị phá hủy vẫn đang lởn vởn bên cạnh nó.
Các nhà thiên văn học cho rằng từ lâu đã từng có một hành tinh khác to lớn cỡ sao Mộc, và hành tinh này bị trọng lực mạnh của sao lùn trắng thu hút, quỹ đạo dần thu hẹp, bị nghiền nát và phá hủy. Trong quá trình này, vật chất của hành tinh lao vào bề mặt sao lùn trắng với tốc độ rất nhanh, tại thời điểm đó vật chất hành tinh có thể bị nung nóng đến nhiệt độ cực đoan. Khi đó, một đĩa mỏng gồm các mảnh vụn hành tinh bị nung nóng sẽ hình thành xung quanh sao lùn trắng trung tâm. Đây chính là nguyên lý tương tự như đĩa bồi tụ, đĩa nóng hình thành xung quanh hố đen khi nó nuốt chửng một ngôi sao.
Đĩa bồi tụ hình thành xung quanh sao lùn trắng vì nhiệt độ rất nóng nên có thể phát ra đủ ánh sáng ở dải tia X. Nếu phân tích này là đúng, sao lùn trắng trung tâm của Tinh vân Helix có thể được coi là một hiện trường rất độc đáo. Nó không chỉ được bao quanh bởi một vành đai tiểu hành tinh thông thường bên cạnh, mà còn có cả một đĩa bồi tụ nóng rực ở phía trong, tạo nên hình ảnh được bao bọc bởi các loại đĩa bụi khác nhau từ trong ra ngoài.
Từ kính viễn vọng ROSAT năm 1992, Chandra năm 1999, đến XMM-Newton năm 2002, thông qua các quan sát kính viễn vọng không gian kéo dài 10 năm, giờ đây chúng ta có thể theo dõi những gì đang xảy ra với sao lùn trắng sống ở trung tâm Tinh vân Helix, ngay cả sự thay đổi của tia X đó. Thú vị là tia X ở đây không bao giờ cố định. Nó cho thấy một nhịp điệu đều đặn với cường độ mạnh yếu theo chu kỳ ngắn khoảng 2,9 giờ. Các nhà thiên văn học cho rằng sự đều đặn này chính là bằng chứng mạnh mẽ cho thấy vẫn có thứ gì đó đang cùng xoay quanh sao lùn trắng này theo một chu kỳ nhất định. Hành tinh khổng lồ cỡ sao Mộc từng tồn tại có lẽ đã biến mất, nhưng những mảnh vụn để lại trong quá trình hành tinh đó bị phá hủy vẫn còn đó và đang xoay quanh sao lùn trắng.
Cũng có khả năng thực thể bị giữ lại bên cạnh không phải là mảnh vụn của hành tinh kiểu Mộc tinh mà là một ngôi sao có khối lượng tương đối nhỏ. Tuy nhiên, so với hành tinh thì bản thân ngôi sao có trọng lực mạnh hơn nhiều nên dù có tiến gần sao lùn trắng cũng không dễ dàng bị phá hủy. Do đó, nếu thứ ở cạnh sao lùn trắng không phải là hành tinh mà là một ngôi sao nhẹ và bình thường thì nó sẽ không thể tạo ra tia X rõ nét và đều đặn như hiện nay. Vì vậy, các nhà thiên văn học suy đoán rằng tại trung tâm Tinh vân Helix đang diễn ra cảnh tượng sao lùn trắng nuốt chửng một hành tinh khí.
Phát hiện lần này cho thấy khả năng về một loại sao biến quang mới. Sao biến quang mà chúng ta quen thuộc là trường hợp một ngôi sao không ổn định đã tiến hóa đến mức độ nào đó, tự lặp lại quá trình co lại và giãn nở khiến độ sáng dao động. Thế nhưng phát hiện lần này cho thấy ngay cả trong quá trình một ngôi sao đã chết từ lâu nuốt chửng tàn dư của hành tinh còn sót lại bên cạnh, độ sáng cũng có thể dao động theo nhịp điệu đều đặn tương tự. Đây không chỉ là câu chuyện về quá trình cái chết của một ngôi sao, mà còn cung cấp những manh mối thú vị để nhìn sâu hơn vào những tâm sự của các vì sao đang dao động với những nhịp điệu khác nhau trên khắp vũ trụ.
Tinh vân Helix chính xác là hình ảnh tương tự mà Mặt trời của chúng ta sẽ đối mặt sau khi kết thúc tuổi thọ còn lại 5 tỷ năm nữa. Vì Mặt trời của chúng ta cũng không phải là ngôi sao quá nặng nên nó sẽ không tạo ra siêu tân tinh, mà chỉ để lại một tinh vân hành tinh vừa đủ. Trong quá trình đó, Mặt trời sẽ phình to ra, và ở giây phút cuối cùng, nó sẽ thổi bay lớp khí quyển bên ngoài ra tứ phía, chỉ để lại một sao lùn trắng nhỏ ở trung tâm rồi biến mất.
Khi đó, Trái đất của chúng ta có lẽ đã trở thành một phần của Mặt trời từ lâu. Tuy nhiên, các hành tinh khí nằm tương đối xa Mặt trời như sao Mộc và sao Thổ có thể sẽ không bị phá hủy cùng một lúc ngay từ đầu, mà may mắn sống sót và lặng lẽ canh giữ bên cạnh Mặt trời đã trở thành sao lùn trắng. Và khi đó, hệ Mặt trời của chúng ta cũng sẽ trở thành một con mắt vũ trụ khổng lồ đối với ai đó, nhìn họ một cách vô định. Tinh vân Helix thực sự là lời nhắn nhủ lúc lâm chung đẹp nhất và là tấm gương phản chiếu vận mệnh của chúng ta 5 tỷ năm sau.
Tham khảo
https://chandra.cfa.harvard.edu/press/25_releases/press_030425.html
https://academic.oup.com/mnras/article/536/3/2477/7922854?login=false
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 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 thuộc Đại học Yonsei, đồng thời tham gia 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 hẹn hò’, ‘Nghĩ về vũ trụ cả ngày’, ‘Sao, khoa học của ánh sáng’,...