Kỳ 1: Bờ vai gã thợ săn

Vào những ngày này, nếu bạn nhìn về phía Tây ngay sau khi Mặt trời lặn, có thể bạn sẽ kịp thấy một ngôi sao rực rỡ màu đỏ cam từ từ lặn xuống dưới đường chân trời. Trong dân gian Việt Nam, ngôi sao này chỉ là một trong bốn góc của thửa ruộng bao quanh sao Cày, nhưng trong thiên văn học hiện đại, đây là sao Betelgeuse, đánh dấu bờ vai của chòm sao mang hình ảnh gã thợ săn Orion từ thần thoại Hy Lạp. Hằng năm ở bán cầu Bắc, Betelgeuse thường bắt đầu xuất hiện trên bầu trời tối vào cuối tháng 12, rồi ngự trị ở khoảng trời phía Nam và Tây Nam trước khi lặn xuống chân trời phía Tây vào đầu tháng 5. Khác với những vì sao ở cùng khoảng trời với nó, Betelgeuse đầy rẫy những ẩn số và đã khơi dậy trí tò mò của những người quan sát bầu trời đêm từ trước đến nay. Tia Sáng xin giới thiệu với bạn đọc ba kì về lịch sử và những hiện tượng kì lạ xung quanh ngôi sao bất thường này.

Sao Betelgeuse, chụp cận cảnh bằng Dãy kính thiên văn lớn bước sóng milimét Atacama (Atacama Large Millimeter Array), gọi tắt là ALMA. Nguồn: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)/E. O’Gorman/P. Kervella

Một màu đỏ lạnh lẽo

Trong các hệ thống phân loại hiện đại, Betelgeuse được xếp vào nhóm “siêu sao khổng lồ đỏ” (red supergiant) – giai đoạn cuối đời của những ngôi sao có khối lượng trong khoảng từ 10 đến 60 khối lượng Mặt trời (Mo). Bản thân Betelgeuse được các nghiên cứu gần đây ước tính là có khối lượng ban đầu ở khoảng 15-20 Mo, song con số này hoàn toàn có thể thay đổi. Do thời điểm hiện tại cách quá xa so với giai đoạn đầu đời của Betelgeuse, và do những ngôi sao như Betelgeuse rất hiếm trong vũ trụ khả kiến, hiểu biết của chúng ta về đặc điểm ban đầu của Betelgeuse chủ yếu được dựa trên các mô hình tiến hóa sao khác nhau và vẫn còn nhiều chỗ trống. Tuy nhiên, các nhà thiên văn học chắc chắn rằng với khối lượng ban đầu lớn hơn gấp bội so với Mặt trời, con đường tiến hóa trước đây của Betelgeuse khác hẳn với con đường mà Mặt trời sẽ đi trong vòng hàng triệu năm nữa.

Trong thiên văn học, nhiệt độ và độ sáng của các ngôi sao được biểu diễn thành hai trục của một biểu đồ phân tán mang tên biểu đồ Hertzsprung-Russell. Mặt trời của chúng ta nằm trong một dải sao cắt ngang qua biểu đồ gọi là “dãy chính” (main sequence). Ở các sao dãy chính như Mặt trời, trọng lực luôn cố gắng hút vật chất của ngôi sao vào phía trong, song được cân bằng bởi áp lực nhiệt hướng ra bên ngoài từ sự tổng hợp hạt nhân diễn ra trong lõi. Nói cách khác, mỗi ngôi sao dãy chính là một sân chơi cho cuộc thi kéo co không ngừng nghỉ giữa trọng lực hướng nội và áp lực hướng ngoại, và để duy trì thế cân bằng, phe áp lực cần được tiếp sức liên tục. Vai trò tiếp sức như thế được đảm nhiệm bởi năng lượng sinh ra khi các hạt nhân hydro trong lõi được tổng hợp thành các hạt nhân heli, mãi cho đến lúc lượng hydro trong lõi trở nên cạn kiệt. Tình trạng cạn kiệt này vẫn còn ở rất xa trong tương lai của Mặt trời, song đã trở thành một phần quá khứ của Betelgeuse.

Khi những ngôi sao như Betelgeuse bắt đầu cạn hydro trong lõi, phần lõi này lập tức co lại và nhiệt độ ở đó cũng tăng lên, làm nhiệt độ của cả ngôi sao tăng theo đến mức các hạt nhân heli cũng bị tổng hợp thành các hạt nhân nặng hơn. Heli cháy sinh ra nhiệt năng, sinh ra áp lực hướng ngoại, khiến ngôi sao phình to ra. Càng phình to, nhiệt độ của ngôi sao càng giảm, song độ sáng lại không thay đổi nhiều so với lúc bắt đầu đốt heli, bởi sự tăng lên về kích thước đã được sự giảm xuống của nhiệt độ làm cho cân bằng. Trên biểu đồ nhiệt độ và độ sáng, quá trình đốt heli đã đẩy Betelgeuse ra khỏi dãy chính, tiến về vùng nhiệt độ thấp trên một đường nằm ngang. Thiếu hụt năng lượng, Betelgeuse càng ngày càng phát ra bước sóng dài hơn, dần dần chuyển màu sang vàng và cuối cùng là đỏ. Màu đỏ trong mỹ thuật có thể tượng trưng cho cái nóng và sức sống, song đối với Betelgeuse, màu đỏ thể hiện sự lạnh lẽo của một ngôi sao đã tới chặng cuối của đời mình.

Từ vàng sang đỏ

Sự tiến hóa của Betelgeuse có thể được dựng lại một cách bao quát dựa trên những gì thiên văn học đã biết về các ngôi sao siêu khổng lồ, song để đi sâu vào từng chi tiết thì cần có nhiều thông tin hơn thế. Theo nghiên cứu của Dolan và cộng sự (2016), các mô hình khác nhau có thể cho ra các ước tính khác nhau về khoảng thời gian mà Betelgeuse rời khỏi dãy chính trên biểu đồ Hertzsprung-Russell. Cùng lúc đó, những mô hình mà các tác giả này sử dụng đều đồng ý rằng Betelgeuse đã cạn kiệt hydro ở lõi vào khoảng 40,000 năm trước. Nếu ước tính dựa theo sự tiến hóa sao thì một thời gian sau đó, Betelgeuse sẽ bắt đầu có màu đỏ trên bầu trời đêm. Vậy giai đoạn chuyển sang màu đỏ đã xảy ra cách đây bao nhiêu năm, và liệu có ai nhìn thấy Betelgeuse khi nó mới bắt đầu chuyển đỏ hay không?

Vào năm 1978, nhà sử học Bạc Thọ Nhân (薄樹人) và cộng sự đã tìm được câu sau trong quyển 27 bộ Sử ký Tư Mã Thiên: “Bạch bì Lang, xích bì Tâm, hoàng bì Sâm Tả Kiên, thương bì Sâm Hữu Kiên, hắc bì Khuê Đại Tinh” (白比狼，赤比心，黄比参左肩，比参右肩，黒比奎大星). Trong đoạn này, Tư Mã Thiên đề cập tới màu của các ngôi sao được lấy làm chuẩn trong thiên văn học Trung Quốc cổ đại, và những cái tên Lang, Tâm, Sâm Tả Kiên, Sâm Hữu Kiên, Khuê Đại Tinh ứng với các sao Sirius, Antares, Betelgeuse, Bellatrix và Mirach. Theo Tư Mã Thiên, Sirius có màu trắng (“bạch”), Antares có màu đỏ (“xích”), Betelgeuse có màu vàng (“hoàng”), Bellatrix có màu xanh nhạt (“thương”), và bằng cách nào đó Mirach có màu đen (“hắc”). Màu của Sirius, Antares và Bellatrix theo miêu tả của Tư Mã Thiên trùng khớp hoàn toàn với màu của chúng ở thời điểm hiện tại. Đối với sao Mirach, nhà sử học Giang Hiểu Nguyên (Jiang Xiao-yuan) giải thích vào năm 1998 rằng người hiện đại không nên hiểu từ “hắc” theo nghĩa đen, bởi các phép miêu tả này chịu ảnh hưởng của lý thuyết Ngũ hành với năm màu sắc đặc trưng là vàng, xanh, trắng, đỏ, đen, và một khi đã miêu tả vàng, xanh, trắng, đỏ thì bắt buộc phải có đen. Nếu cách lý giải của Giang Hiểu Nguyên là đúng và chúng ta có thể bỏ qua trường hợp sao Mirach, phải chăng vào thời Tư Mã Thiên (145 TCN – 86 TCN), Betelgeuse đang trên đường tiến ra xa khỏi dãy chính và mới chỉ là một siêu sao khổng lồ vàng (yellow supergiant), chứ chưa phải một siêu sao khổng lồ đỏ như ngày nay?

 Bản đồ sao thể hiện vị trí và tên gọi của một số sao trong chòm sao Lạp Hộ (Orion). Nguồn: Wikipedia 

Khi xem xét các tài liệu thiên văn từ thời xa xưa, một học giả hiện đại buộc phải đánh giá xem các triết lý, các niềm tin từ thời trước có thể đã chi phối các phép miêu tả đến mức nào. Việc màu vàng của Betelgeuse được tả ngay cạnh màu “hắc” của Mirach đã làm dấy lên câu hỏi: liệu có thật là Betelgeuse từng có màu vàng vào thời Tư Mã Thiên, hay màu sắc của nó khi ấy đã bị miêu tả theo một cách khác đi để phù hợp với quan niệm Ngũ hành? Câu hỏi này sẽ còn bỏ ngỏ cho tới khi có thêm nghiên cứu chi tiết về từng giai đoạn tiến hóa của ngôi sao này. Tuy nhiên, điều đó không có nghĩa là mọi nguồn thông tin từ thời xưa về Betelgeuse đều sai, vì một số nền văn minh cũng ghi nhận được một hiện tượng ở Betelgeuse mà đến bây giờ chúng ta vẫn còn có thể nhìn thấy.

Phép thuật lửa

Betelgeuse là một sao biến quang bán đều đặn (semiregular variable star), nghĩa là độ sáng của nó có thể thay đổi nhưng không phải lúc nào cũng theo một chu kì cố định. Nhà thiên văn học hiện đại đầu tiên nhận thấy hiện tượng này là John Herschel, người đã quan sát cả Betelgeuse lẫn sao Rigel ở cùng chòm và nhận thấy Betelgeuse sáng hơn Rigel vào tháng 10/1837 và tháng 11/1839. Ông miêu tả sự thay đổi độ sáng của Betelgeuse dựa vào thang đo cấp sao biểu kiến (apparent magnitude) mà ngày nay vẫn còn được thiên văn học sử dụng, trong đó một ngôi sao càng sáng thì càng có cấp sao biểu kiến nhỏ. Theo lời Herschel năm 1849, cấp sao biểu kiến của Betelgeuse đã giảm từ +1.0 xuống còn +1.2. Không lâu sau, các nhà thiên văn học ở Mỹ cũng bắt đầu theo dõi các sao biến quang, và theo dữ liệu của Hiệp hội nhà quan sát sao biến quang Hoa Kỳ (AAVSO), Betelgeuse đã đạt cấp sao biểu kiến cực đại là +0.4 và cực tiểu là +1.3 trong khoảng từ 1913 đến 1998. Những phép đo đạc này khiến các nhà nhân chủng học, các nhà sử học và các nhà thiên văn học tự hỏi: nếu Betelgeuse vừa nổi bật trên bầu trời đêm, vừa có tính biến quang rõ rệt, liệu có cộng đồng nào quan sát được hiện tượng này trước Herschel hay không?

Theo một phân tích vào năm 2018 của nhà thiên văn học Duane Hamacher, câu trả lời là có. Ở gần khu định cư Ooldea giữa sa mạc miền Nam châu Úc, dân tộc bản địa Úc Kokatha có một truyện truyền miệng về gã thợ săn Nyeeruna tượng trưng cho chòm sao Lạp Hộ (Orion), hằng đêm cầm chùy đuổi theo chị em nhà Yugarilya, tượng trưng cho cụm sao Tua Rua (Pleiades). Nyeeruna cố gắng bắt chị em nhà Yugarilya về làm vợ, nhưng cô chị cả xông lên chống cự, khiến gã thợ săn phải dùng đến phép thuật lửa của hắn. Cả hai người giao chiến và ngọn lửa trong tay Nyeeruna dần yếu đi, nhưng sớm muộn lại rực cháy trở lại và cuộc giao đấu tay đôi không bao giờ chấm dứt. Theo nhà thiên văn học Hamacher, ngọn lửa yếu đi rồi lại mạnh lên của Nyeeruna chính là ngôi sao Betelgeuse, và hình ảnh này đã chứng tỏ rằng người Kokatha, hay nói rộng ra là cả các dân tộc bản địa Úc lân cận, đã nhận thấy sự biến quang của Betelgeuse từ thời xưa và đã đưa hiện tượng này vào kho tàng văn học dân gian. Ý tưởng của Hamacher nhanh chóng nhận được sự ủng hộ của nhà vật lý thiên văn Bradley Schaefer, người chỉ ra rằng sự biến quang của Betelgeuse rõ rệt tới mức chẳng cần phải ghi chép lại, bởi một nhà quan sát thời xưa hoàn toàn có thể nhớ rằng vào một năm nọ, Betelgeuse sáng hơn Procyon (cấp sao biểu kiến +0.38), trong khi năm ngoái vẫn còn tối hơn Rigel (cấp sao biểu kiến +0.13).

Truyền thuyết của người Kokatha về sự biến quang của Betelgeuse có thể nổi bật vì tính sinh động của nó, nhưng nó không phải là duy nhất. Trước Hamacher, một vài tác giả khác cũng đã viết về truyện truyền miệng liên quan tới chòm sao Lạp Hộ của người Hungary, người Lakota ở Bắc Mỹ hay là người Pemon ở Nam Mỹ, trong đó nhân vật tượng trưng cho chòm sao này thường bị mất hoặc phải thay thế một phần cơ thể mình, tương tự như sự bất định của Betelgeuse. Những tác giả này cho rằng đối với nhiều cộng đồng trên thế giới, tính biến quang của Betelgeuse không chỉ là một hiện tượng quen thuộc, mà còn là nguồn cảm hứng cho những truyền thuyết dân gian đa dạng. Và quả thật, với trí tưởng tượng của con người, việc một ngôi sao thường xuyên sáng lên rồi lại tối đi như thế hẳn sẽ kích thích trí tò mò của nhiều thế hệ ở khắp các nơi. Điều này trở nên rõ ràng hơn bao giờ hết vào mùa đông năm 2019, khi độ sáng của Betelgeuse giảm một cách chưa từng có tiền lệ, khiến mọi người bắt đầu đồn rằng ngôi sao này sắp phát nổ. □

—

Dolan, M.M., Mathews, G.J., Lam, D.D., Lan, N.Q., Herczeg, G.J. and Dearborn, D.S. (2016), “Evolutionary tracks for Betelgeuse”, The Astrophysical Journal 819 (1).

Hamacher, D.W. (2018), “Observations of red‐giant variable stars by Aboriginal Australians”, The Australian Journal of Anthropology 29(1), pp. 89-107.

Schaefer, B.E. (2018), “Yes, Aboriginal Australians Can and Did Discover the Variability of Betelgeuse”, Journal of Astronomical History and Heritage 21 (1), pp. 7-12.

Xiao-yuan, J. (1993), “The colour of Sirius as recorded in ancient Chinese texts”, Chinese Astronomy and Astrophysics 17 (2), pp. 223-228.

Wilk, S.R. (1999), “Further mythological evidence for ancient knowledge of variable stars”, Journal of the American Association of Variable Star Observers 27, pp. 171-174.