[비즈한국] Một trong những địa danh nổi tiếng nhất trên bầu trời đêm mùa đông chính là cụm sao Pleiades. Gần chòm sao Kim Ngưu, bạn có thể thấy những ngôi sao màu xanh rực rỡ không chỉ đứng đơn lẻ mà tập trung lại thành từng cụm nhỏ. Từ lâu, Pleiades được gọi là "bảy chị em" vì có bảy ngôi sao sáng nhất có thể nhìn thấy bằng mắt thường. Tuy nhiên, gần đây người ta đã phát hiện ra rằng có tới hàng ngàn ngôi sao "bà con" của Pleiades đang ẩn náu. Thậm chí, những ngôi sao tạo nên Pleiades còn kéo dài dọc khắp bầu trời không kém gì dải Ngân Hà.
Pleiades từng chỉ được coi là một cụm sao mở nằm ở khoảng cách tương đối gần. Bằng mắt thường, ta thấy khoảng bảy ngôi sao sáng, và người ta từng nghĩ đây là nơi tập hợp của khoảng 1.000 ngôi sao trẻ trong một vùng nhỏ hẹp rộng khoảng 15 năm ánh sáng. Nhưng phát hiện lần này đã hoàn toàn lật ngược hiểu biết của chúng ta về Pleiades. Có ít nhất 3.000 ngôi sao nữa tạo nên Pleiades. Hơn nữa, kích thước của Pleiades còn khổng lồ hơn ít nhất 20 lần so với những gì chúng ta từng biết!
Các ngôi sao trong dải Ngân Hà của chúng ta được sinh ra trong những đám mây khí phân tử khổng lồ. Khi đám mây khí co lại do trọng lực, các ngôi sao nguyên thủy lần lượt ra đời. Trải qua quá trình phân tách nơi đám mây lớn bị chia nhỏ thành nhiều phần, nhiều ngôi sao mới cùng chào đời một lúc tại khắp nơi trong đám mây phân tử khổng lồ. Sau một thời gian, khi khí tan đi, chúng tạo thành hình thái cụm sao mở, nơi chỉ còn lại những ngôi sao trẻ nóng bỏng màu xanh. Pleiades cũng là một trong những cụm sao mở được hình thành như vậy.
Những ngôi sao cùng lứa sống trong cụm sao mở không thể ở bên nhau mãi mãi. Bị trọng lực của dải Ngân Hà giữ lại và quay quanh quỹ đạo lớn, hình thái của cụm sao mở có thể bị biến dạng do trọng lực của toàn bộ thiên hà, khiến một số ngôi sao bị tách khỏi cụm. Giống như Hansel và Gretel trong truyện cổ tích làm rơi những mảnh vụn bánh mì trên đường đi, các cụm sao đang dần tan rã cũng để lại những ngôi sao bị rơi rụng dọc theo quỹ đạo của chúng. Pleiades cũng đã trải qua quá trình như vậy và để lại những thành viên vốn từng tụ họp cùng mình rải rác trong không gian Ngân Hà.
Các nhà thiên văn học đã sử dụng hai kính viễn vọng không gian là TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite) và Gaia để tìm kiếm những người bà con của Pleiades trong khoảng một tháng, soi xét từng ngóc ngách của bầu trời đêm. Gaia là một kính viễn vọng cực kỳ xuất sắc trong việc đo đạc khoảng cách chính xác của vô số ngôi sao trong dải Ngân Hà. Trong suốt nhiệm kỳ từ năm 2014 đến 2025, Gaia đã nắm bắt được bản đồ 3D và chuyển động chính xác của 880 triệu ngôi sao tỏa sáng dọc theo dải Ngân Hà. Điểm thú vị là TESS vốn là kính viễn vọng được phóng lên với mục đích tìm kiếm các ngoại hành tinh quay quanh các ngôi sao khác. Tương tự như kính viễn vọng không gian Kepler trước đó, nó tận dụng hiện tượng quá cảnh (transit) khi ánh sáng sao bị che khuất định kỳ bởi ngoại hành tinh.
Tuy nhiên, ánh sáng sao bị tối đi định kỳ cũng xảy ra vì những lý do khác không phải ngoại hành tinh. Đại diện tiêu biểu nhất là các đốm đen trên bề mặt ngôi sao, gọi là vết đen (sunspot). Khi một ngôi sao có vết đen tự quay, nếu vết đen xoay về hướng quan sát, ngôi sao đó sẽ tạm thời bị tối đi. Nếu đo được tần suất ánh sáng sao bị tối, ta có thể biết ngôi sao đó đang tự quay nhanh như thế nào, và từ đó biết được tần suất vết đen quay về hướng quan sát, tức là chu kỳ tự quay. Kính viễn vọng không gian được tạo ra để tìm bóng dáng ngoại hành tinh đã bất ngờ nắm bắt được cả thông tin mới là chu kỳ tự quay của các ngôi sao!
Chu kỳ tự quay của ngôi sao là rất quan trọng. Thông thường, các ngôi sao khi già đi sẽ trở nên mệt mỏi và tốc độ tự quay cũng chậm lại. Nếu đo được ngôi sao đang quay nhanh hay chậm, đó trở thành tiêu chuẩn gián tiếp để đo tuổi của ngôi sao. Các nhà thiên văn học đã tận dụng chính nguyên lý này để tìm ra những người bà con thất lạc của Pleiades!
Các ngôi sao của Pleiades được sinh ra khoảng 100 triệu năm trước. Nếu những ngôi sao bà con ra đời cùng thời điểm đang ẩn náu ở đâu đó, chúng không chỉ có thành phần hóa học tương tự mà tuổi đời cũng phải khoảng 100 triệu năm. Ngoài ra, chúng phải di chuyển dọc theo quỹ đạo tương tự với quỹ đạo mà Pleiades vạch ra.
Các nhà thiên văn học đã lục soát các ngôi sao trong dải Ngân Hà bằng Gaia và TESS. Sau đó, họ chọn ra các ngôi sao ứng viên di chuyển với tốc độ và quỹ đạo gần như tương đồng với Pleiades. Tiếp theo, họ so sánh thành phần hóa học. Cuối cùng, dựa trên chu kỳ tự quay của từng ngôi sao thu được từ quan sát vết đen của TESS, họ đã chọn ra những ngôi sao có chu kỳ tự quay hiện tại trông giống như đã sinh ra từ đúng 100 triệu năm trước và đã chậm lại kể từ đó! Họ đã chọn ra được những ngôi sao khớp hoàn hảo cả 3 yếu tố: quỹ đạo, thành phần hóa học và độ tuổi xác định qua thay đổi chu kỳ tự quay! Xác suất để tất cả các yếu tố này tình cờ khớp nhau một cách hoàn hảo là cực kỳ thấp. Nếu tất cả các yếu tố đều khớp, rất có thể đó là những ngôi sao cùng nguồn gốc với Pleiades.
Có tới 3.000 ngôi sao như vậy vừa được phát hiện! Hơn nữa, những ngôi sao này còn nằm xa ngoài vùng Pleiades quen thuộc, kéo dài thành một dải khổng lồ dọc theo dải Ngân Hà trên bầu trời đêm.
Pleiades hẳn đã ra đời khoảng 100 triệu năm trước, khi các ngôi sao tập trung dày đặc và mật độ cao hơn nhiều so với hiện tại. Giống như những ngôi sao tạo nên cụm sao Orion hiện nay vậy. Nhưng theo thời gian, những ngôi sao hoàn thành quá trình tiến hóa sớm đã trải qua các vụ nổ siêu tân tinh, và hệ quả là nhiều ngôi sao đã bị phân tán ra ngoài cụm. Ngoài ra, trong 100 triệu năm qua, khi cụm sao di chuyển nhanh chóng trong không gian Ngân Hà, nó đã trải qua quá trình kéo dài và giải thể do trọng lực của toàn bộ dải Ngân Hà và lực thủy triều. Những ngôi sao "rơi rụng" đó đã để lại dấu vết dọc theo con đường mà Pleiades đi qua. Chỉ là do chúng bị chôn vùi trong những ngôi sao khác và dải Ngân Hà nên từ lâu chúng ta đã không nhận ra sự hiện diện của chúng.
Phát hiện lần này cũng cung cấp manh mối quan trọng về lý do tại sao việc đo khoảng cách đến Pleiades lại khó khăn đến vậy. Mặc dù nổi tiếng, Pleiades lại là thiên thể mà chúng ta bất ngờ không biết chính xác khoảng cách. Các phép đo ban đầu ước tính khoảng cách là khoảng 430 năm ánh sáng, nhưng sau đó kính viễn vọng không gian Hipparcos đã tính toán khoảng cách ngắn hơn nhiều là 390 năm ánh sáng, gây ra tranh cãi. Tuy nhiên, đây có thể là sự hiểu lầm xảy ra do bản thân cụm sao Pleiades đang bị kéo dài và giải thể. Thật không may, hướng kéo dài của sự phân bố các ngôi sao trong cụm khi nó giải thể lại song song với hướng nhìn từ Trái Đất. Nhìn thoáng qua thì các ngôi sao trông như được tập hợp gọn gàng trong một vùng hẹp, nhưng nhìn từ bên cạnh, nó lại có thể là một hình dáng kéo dài rất lớn. Nói cách khác, tùy thuộc vào việc bạn chọn ngôi sao nào làm chuẩn, khoảng cách đến cụm sao có thể thay đổi tùy tiện.
Phát hiện lần này cho thấy khả năng ứng dụng đa dạng của việc dùng chu kỳ tự quay của sao để xác định độ tuổi, từ đó vẽ bản đồ các ngôi sao trong dải Ngân Hà và tìm ra nguồn gốc của chúng. Thực tế, dòng chảy của các ngôi sao bao quanh dải Ngân Hà thường chỉ được nói đến đối với các cụm sao cầu hoặc các thiên hà lùn có tuổi đời cao hơn. Bởi vì các ngôi sao già có thành phần hóa học dễ phân biệt hơn nhiều, và các cụm sao cầu có quỹ đạo khác biệt rõ rệt so với các ngôi sao trẻ khác trên đĩa Ngân Hà. Những ngôi sao trẻ sinh ra trên đĩa Ngân Hà đều cùng quay trên đĩa nên khó phân biệt ai thuộc về đâu và sinh ra từ đâu. Ngược lại, cụm sao cầu di chuyển thoát khỏi đĩa Ngân Hà, đi xuyên qua vầng sáng (halo) của thiên hà và vạch ra những quỹ đạo khác biệt rõ rệt. Vì vậy, khi nói về những vệt đuôi hay dấu vết sao để lại do cụm sao hoặc thiên hà lùn giải thể, người ta thường chú ý đến các cụm sao cầu già cỗi.
Nhưng phát hiện lần này cho thấy việc sử dụng chu kỳ tự quay của sao để nắm bắt độ tuổi của những ngôi sao tương đối trẻ, những ngôi sao tạo nên cụm sao mở, và phân biệt nguồn gốc của chúng là hoàn toàn khả thi. Hơn nữa, việc tận dụng dữ liệu từ kính viễn vọng không gian vốn được phóng lên với mục đích săn lùng ngoại hành tinh để dẫn đến những phát hiện độc đáo, khác biệt với mục đích ban đầu là cực kỳ thông minh. Phương pháp vốn từ lâu được dùng để tìm hiểu những câu chuyện xa xưa của dải Ngân Hà, lịch sử cổ đại của thiên hà, giờ đây đã có thể được sử dụng như một công cụ để hiểu về lịch sử cận đại của dải Ngân Hà gần đây hơn nhiều.
Đêm nay, hãy cùng nhìn lại Pleiades tỏa sáng màu xanh trên bầu trời mùa đông. Và hãy nghĩ về những thành viên khác của Pleiades đang kéo dài phía trước và phía sau mà mắt thường không thể thấy. Hãy tưởng tượng về cái đuôi của vô số ngôi sao mà Pleiades đã đánh rơi khi giải thể, dõi theo từ đường chân trời bên này sang phía bên kia. Bạn sẽ có thể cảm nhận được dòng chảy của dải Ngân Hà trong vắt trên đầu chúng ta cùng dòng suối mà Pleiades đã để lại đang chảy trôi cùng nhau.
Tham khảo
https://iopscience.iop.org/article/10.3847/1538-4357/ae0724#sidr-main
https://science.nasa.gov/missions/tess/nasas-tess-spacecraft-triples-size-of-pleiades-star-cluster/
Tác giả Ji Woong-bae là ai? Anh yêu mèo và vũ trụ. Từ khi xem 'Galaxy Express 999' lúc còn nhỏ, anh đã nuôi ước mơ truyền bá vẻ đẹp của vũ trụ. Hiện anh là giáo sư trợ giảng tại Khoa Tự do của Đại học Sejong, tham gia nhiều hoạt động truyền thông khoa học như thuyết giảng và viết lách. Anh đã viết các cuốn sách như 'Mỗi ngày một mảnh vũ trụ', 'Các nhà khoa học trong vũ trụ đầy sao', 'Không thể đi nhưng có thể biết', 'Những câu hỏi kỳ lạ xuất hiện khi nhìn vũ trụ',... và dịch các cuốn sách như 'Hướng dẫn dành cho người quá giang du hành vũ trụ thực sự', 'Làm sao tôi giết chết sao Diêm Vương', 'Quantum Life', 'Cosmographic',...