[비즈한국] Năm 2019, Betelgeuse đột nhiên trở nên tối đi. Thậm chí có thể nhận thấy điều đó bằng mắt thường. Betelgeuse là một ngôi sao ứng cử viên siêu tân tinh sắp kết thúc vòng đời của mình. Mọi người đều kỳ vọng rằng có lẽ Betelgeuse cuối cùng cũng đang trải qua giai đoạn bất ổn cuối cùng trước khi phát nổ. Tuy nhiên, dù là năm 2019, năm 2020, và cho đến tận bây giờ, vẫn không có chuyện gì xảy ra với Betelgeuse cả. Toàn bộ sự việc về hiện tượng sụt giảm độ sáng đột ngột được chứng kiến vào năm 2019 đã được làm sáng tỏ sau đó.
Betelgeuse vốn dĩ đã luôn biến động một cách bất ổn. Vào thời điểm đó, Betelgeuse đã phun trào một lượng lớn vật chất corona ra ngoài bề mặt, và khi luồng vật chất này nguội đi nhanh chóng trong không gian vũ trụ, nó đã trở thành những đám mây bụi khổng lồ che khuất chính ánh sáng của ngôi sao. Betelgeuse đã trở lại hình dáng ban đầu, và những ai chờ đợi màn pháo hoa lộng lẫy của một vụ nổ siêu tân tinh ở khoảng cách gần trước khi nó lụi tàn đều cảm thấy thất vọng.
Sự biến động bất ổn của Betelgeuse đã được biết đến từ lâu. Sự thay đổi độ sáng của Betelgeuse bao gồm các dao động trộn lẫn giữa hai chu kỳ khác nhau. Về cơ bản, có một mô hình biến quang tăng giảm với chu kỳ khoảng 420 ngày. Đây có vẻ là chế độ cơ bản. Ngoài ra, còn có các dao động nhỏ hơn dao động chậm với chu kỳ dài hơn nhiều, khoảng 2100 ngày. Tại sao chế độ biến quang thứ hai lại xảy ra vẫn là một bí ẩn cho đến nay. Một số nhà thiên văn học đã suy đoán rằng có một ngôi sao đồng hành khác đang ẩn nấp xung quanh Betelgeuse. Tức là, Betelgeuse thực chất là một hệ sao đôi. Tuy nhiên, trong một thời gian dài, danh tính của ngôi sao đồng hành đó vẫn không thể xác định được.
Thế nhưng, gần đây một bức ảnh kinh ngạc dường như đã quan sát trực tiếp ngôi sao đồng hành của Betelgeuse đã được công bố! Nếu khám phá này được xác nhận là sự thật, có thể nói rằng Betelgeuse không phải là một siêu sao khổng lồ cô đơn đang chết dần trong sự biến động một mình, mà là có một người bạn đồng hành bên cạnh dõi theo giây phút lâm chung của nó.
Làm thế nào để giải thích mô hình chu kỳ 2100 ngày xuất hiện trong sự thay đổi độ sáng của Betelgeuse? Vì bản thân ngôi sao Betelgeuse vốn dĩ rất bất ổn nên những luồng đối lưu khổng lồ làm đảo lộn toàn bộ ngôi sao đã xảy ra. Giống như những vệt hạt gạo lớn nhỏ có thể nhìn thấy trên bề mặt Mặt Trời, có lẽ các tế bào đối lưu khổng lồ cũng đang hình thành trên bề mặt Betelgeuse. Tuy nhiên, rất khó để giải thích mô hình chu kỳ ổn định chỉ bằng các tế bào đối lưu. Bởi vì đối lưu xảy ra ngẫu nhiên ở khắp mọi nơi.
Cũng có thể nghĩ rằng đó là do các vết đen lớn trên bề mặt ngôi sao, nhưng trong trường hợp của Betelgeuse thì điều đó không được giải thích thỏa đáng. Vết đen là vùng có độ sáng tương đối tối và ấm áp trên bề mặt ngôi sao, nhưng chế độ biến quang chu kỳ 2100 ngày lại xuất hiện rõ rệt hơn ở các bước sóng xanh nóng hơn là các bước sóng đỏ tối hơn. Ngoài ra, ngay cả khi lập mô hình sự thay đổi của từ trường, một trong những nguyên nhân chính gây ra vết đen, từ trường của Betelgeuse cũng biến đổi với chu kỳ dài hơn 2100 ngày nên không thể giải thích đơn thuần chỉ bằng vết đen.
Cuối cùng, các nhà thiên văn học bắt đầu cho rằng sự biến động chu kỳ dài là do ngôi sao đồng hành ẩn nấp bên cạnh Betelgeuse gây ra. Đó là việc ngôi sao đồng hành và Betelgeuse định kỳ che khuất lẫn nhau khiến độ sáng tổng thể thay đổi. Betelgeuse có bầu khí quyển sao lan tỏa ra rất xa. Vật chất bị kéo ra ngoài ngôi sao lan rộng đến tận quỹ đạo của ngôi sao đồng hành. Ngôi sao đồng hành cùng quay trong những đám mây bụi đó. Vì vậy, khi ngôi sao đồng hành đi ngang qua che phía trước Betelgeuse, độ sáng có thể không tối đi mà ngược lại còn sáng hơn. Đó là vì ngôi sao đồng hành đã dọn sạch những đám mây bụi che khuất phía trước Betelgeuse.
Vì Betelgeuse là một ngôi sao rất sáng và nổi tiếng nên nó đã được quan sát từ thế kỷ 17. Các nhà thiên văn học đã phân tích dữ liệu khổng lồ tích lũy trong gần 100 năm, tức là 1 thế kỷ, và phát hiện ra rằng mô hình biến quang chu kỳ 2100 ngày đã được duy trì rất ổn định. Đây đã trở thành bằng chứng quan trọng để nghi ngờ rằng mô hình biến quang không phải do đối lưu hay vụ nổ ngẫu nhiên trên bề mặt ngôi sao, mà là do ngôi sao đồng hành quay với chu kỳ ổn định.
Vào thời điểm đó, các nhà thiên văn học đã ước tính tốc độ xuyên tâm dựa trên mô hình chu kỳ dài của Betelgeuse. Dựa trên cơ sở này, họ ước tính rằng một ngôi sao đồng hành có khối lượng từ 0,5 đến 1 lần khối lượng Mặt Trời nằm cách Betelgeuse chỉ khoảng 8 AU. Tuy nhiên, ước tính này không nhận được nhiều sự đồng tình. Bởi vì nếu một ngôi sao đồng hành nằm sát đến mức này bên cạnh một ngôi sao chói lòa và biến động dữ dội như Betelgeuse thì việc cố gắng tìm kiếm nó ngay từ đầu là điều gần như không thể.
Trên thực tế, Betelgeuse là một ngôi sao mà ngay cả các kính viễn vọng không gian như Kính viễn vọng không gian Hubble, Kính viễn vọng không gian Kepler, Kính viễn vọng không gian Gaia... cũng không thể nhìn rõ được. Vì nó quá sáng, vượt xa giới hạn cấp sao sáng nhất mà kính viễn vọng có thể quan sát, nên thậm chí không thể ghi lại hình ảnh một cách tử tế. Vì vậy, thực ra chúng ta vẫn chưa biết chính xác khoảng cách của nó. (Đây là một trong những ngôi sao có sai số đo khoảng cách rất lớn.) Giống như vậy, ngay cả khi có một ngôi sao đồng hành bên cạnh ngôi sao khổng lồ tỏa sáng rực rỡ trước khi phát nổ siêu tân tinh, việc tìm ra thực thể đó cũng sẽ rất khó khăn. Do đó, để tìm thấy ngôi sao đồng hành đó, cần phải có một chiếc kính viễn vọng với "con mắt" tinh anh có thể phân biệt chi tiết đến những góc độ nhỏ hơn.
Thế nhưng, gần đây một nỗ lực đáng kinh ngạc đã được thực hiện. Kính viễn vọng Gemini North ở Hawaii đã được trang bị thiết bị quan sát độ phân giải siêu cao Alopeke để phân biệt hai thiên thể nằm sát nhau như thế này. "Alopeke" trong tiếng Hawaii có nghĩa là con cáo. Alopeke không chụp phơi sáng lâu mà thực hiện chụp phơi sáng rất ngắn trong vòng 14 mili giây để giảm thiểu hiệu ứng do nhiễu loạn khí quyển thời gian thực gây ra. Nó thách thức giới hạn nhiễu xạ tối đa mà thiết bị quang học của kính viễn vọng không thể phân biệt được. Nhờ đó, nó có thể phân biệt được đến những góc nhỏ dưới 10 giây cung. Đây là mức độ phân giải cao nhất trong số các kính viễn vọng đơn lẻ hiện có.
Kết quả quan sát Betelgeuse thông qua Alopeke cuối cùng đã hé lộ thứ gì đó bị nghi ngờ là ngôi sao đồng hành ẩn nấp bên cạnh nó. Trong bức ảnh trên, ngay bên cạnh Betelgeuse đang tỏa sáng màu vàng, có một vệt màu xanh lam được ghi lại, đó chính là vị trí mà tất cả mọi người đều nghĩ rằng ngôi sao đồng hành của Betelgeuse sẽ ở đó. Dựa trên hình ảnh quan sát được, ngôi sao đồng hành này được ước tính có khối lượng gấp khoảng 1,6 lần khối lượng Mặt Trời và chỉ cách Betelgeuse khoảng 4 AU. Gần hơn cả khoảng cách giữa Mặt Trời và Sao Mộc. Ngôi sao đồng hành dường như quay quanh Betelgeuse với chu kỳ 5,94 năm. Tuy nhiên, mức độ tin cậy của ngôi sao đồng hành được xác nhận trong lần quan sát này chỉ là 1,5 sigma. Vẫn còn quá xa để kết luận chắc chắn rằng ngôi sao đồng hành tồn tại. Nhưng việc tìm thấy thứ gì đó ngay tại quỹ đạo mà nhiều người vẫn nghĩ là sẽ có ngôi sao đồng hành là một điều thú vị.
Thiên thể ứng cử viên ngôi sao đồng hành của Betelgeuse vừa được phát hiện đã được đặt một cái tên thú vị. Betelgeuse có nghĩa là "bàn tay của người khổng lồ". Nó có nghĩa là một cánh tay của thợ săn Orion trên bầu trời đêm. Vì vậy, ngôi sao đồng hành vừa được phát hiện đã được đặt tên là "Siwarha", trong tiếng Ả Rập có nghĩa là chiếc vòng tay. Nghĩa là chiếc vòng tay mà người khổng lồ đeo trên tay. Siwarha dường như vẫn đang ở giai đoạn tiền dãy chính, tức là một ngôi sao rất trẻ, thậm chí còn chưa tiến vào giai đoạn thực hiện phản ứng hợp hạch hạt nhân hydro ở trung tâm như Mặt Trời. Nó có vẻ là một ngôi sao tiền dãy chính màu xanh lam tương ứng với giai đoạn trước khi tiến vào dãy chính. Vì vậy, nó tỏa sáng với ánh sáng xanh trắng xanh hơn, và bên trong vẫn chưa bắt đầu phản ứng hợp hạch hạt nhân hydro chính thức. Việc chế độ biến quang dài 2100 ngày của Betelgeuse đặc biệt thể hiện rõ ở bước sóng xanh cũng dễ dàng được giải thích bởi ngôi sao đồng hành Siwarha lần này.
Nếu trong tương lai có thêm những chiếc kính viễn vọng lớn hơn và nhạy hơn được xây dựng, danh tính của người bạn đồng hành mà Betelgeuse che giấu sẽ được hé lộ. Lần quan sát này cũng vì thách thức giới hạn của thiết bị Alopeke nên mới chỉ tìm thấy dấu vết của nó. Nếu ước tính quỹ đạo elip của Siwarha, thì vào khoảng tháng 11 năm 2027 tới, nó sẽ là lúc rời xa Betelgeuse nhất. Đây sẽ là thời điểm quan sát tốt nhất. Vì Betelgeuse và Siwarha cách xa nhau hơn một chút nên sẽ có thể phân biệt rõ ràng hai thiên thể này hơn.
Betelgeuse có xác suất rất cao sẽ phát nổ siêu tân tinh trong vòng 1 vạn năm tới. Nếu Betelgeuse phát nổ, Siwarha nằm bên cạnh có thể bị tan tành, hoặc trước đó có thể bị Betelgeuse đang phình to nuốt chửng. Dù sao đi nữa, thời gian để chúng ta xác nhận chắc chắn sự tồn tại của Siwarha không còn nhiều nữa. Ít nhất trong vòng 1 vạn năm tới, trước khi chiếc vòng tay của người khổng lồ biến mất, chúng ta phải khẩn trương xác nhận sự tồn tại của nó. Cuối cùng, chúng ta cũng có thể hiểu phần nào lý do tại sao Betelgeuse, ngôi sao đang tiến về phía kết thúc cận kề cái chết ở khoảng cách gần nhất, lại có những biểu hiện biến động và dữ dội bất thường như vậy. Betelgeuse không cô đơn. Nó là một hệ sao đôi có đeo một chiếc vòng tay ở một bên.
Tham khảo
https://noirlab.edu/public/programs/gemini-observatory/gemini-north/alopeke/
https://iopscience.iop.org/article/10.3847/1538-4357/ad93c8
https://iopscience.iop.org/article/10.3847/1538-4357/ad87f4
https://iopscience.iop.org/article/10.3847/2041-8213/abf3c9
https://iopscience.iop.org/article/10.3847/2041-8213/adeaaf
Tác giả Ji Woong-bae là ai? Yêu mèo và vũ trụ. Khi còn nhỏ, sau khi xem "Galaxy Express 999", anh đã có ước mơ phổ biến vẻ đẹp của vũ trụ. Hiện tại, 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 gần thuộc Đại học Yonsei, đồng thời thực hiện các hoạt động truyền thông khoa học đa dạng như giảng dạy và viết lách. Anh đã viết các cuốn sách như "Đài thiên văn đang hẹn hò", "Suy nghĩ về vũ trụ cả ngày", "Ngôi sao, khoa học của ánh sáng", v.v.