Các sao trẻ ở ‘sân sau’ dải Ngân hà thách thức hiểu biết về cách chúng hình thành
Các nhà thiên văn học vừa có khám phá mới về sự hình thành của các ngôi sao trẻ ở Đám mây Magellan lớn bằng việc sử dụng Kính viễn vọng không gian James Webb (JWST), cùng với những quan sát từ Đài quan sát Millimeter lớn Atacama (ALMA).
Nghiên cứu này, được xuất bản trên The Astrophysical Journal, đem lại cái nhìn mới vào những giai đoạn đầu của sự hình thành sao siêu khối lượng bên ngoài thiên hà của chúng ta.
Vào khoảng sáu đến bảy tỉ năm trước, các cụm siêu sao là cách chính để các ngôi sao hình thành, tạo ra hàng trăm ngôi sao mới hàng năm. Dạng hình thành sao này đã suy giảm với các cụm siêu sao được hình thành ở giai đoạn rất sớm trong vùng vũ trụ của chúng ta. Chỉ có hai cụm siêu sao hiện giờ được biết trong dải Ngân hà và một trong Đám mây Magellan lớn, đều có tuổi đời hàng triệu năm.
Các quan sát của James Webb giờ đã cho thấy gốc rễ không rõ ràng về vùng N79 là nơi trú ngụ của một cụm siêu sao thứ hai ở Đám mây Magellan lớn, có tuổi đời khoảng 100.000 năm. Phát hiện này giờ cho phép các nhà thiên văn học chứng kiến sự khởi sinh của một cụm siêu sao trong thiên hà hàng xóm của chúng ta.
Đám mây Magellan lớn, một cụm thiên hà vệ tinh của Ngân hà chúng ta, cư ngụ cách trái đất khoảng 160.000 năm ánh sáng. Khoảng cách “gần” đó và hướng đối diện của nó với trái đất khiến cho nó trở thành một phòng thí nghiệm lý tưởng để nghiên cứu về sự hình thành sao ngoại thiên hà.
Thiết bị hồng ngoại trung bình của James Webb (MIRI) quan sát 97 vật thể sao trẻ (YSOs) ở vùng N79 của Đám mây Magellan lớn, nơi cụm siêu sao mới được phát hiện, H72.97-69.39, đang tọa lạc. Sự phong phú của các nguyên tố nặng trong Đám mây Magellan lớn bằng một nửa hệ mặt trời của chúng ta, tương tự với các điều kiện hình thành sao ở thời điểm 6 đến 7 tỉ năm trước. Điều này trao cho các nhà thiên văn một cái nhìn thoáng qua về cách sự hình thành sao có thể diễn ra tại buổi đầu của vũ trụ này.
Các hình ảnh của thiết bị hồng ngoại trung bình của James Webb cho thấy phần lớn các sao trong 97 vật thể sao trẻ (YSOs) tập hợp gần H72.97-69.39, và các sao nhẹ nhất trong YSOs đều được phân bố tại ngoại vùng N79 – một quá trình mà người ta gọi là phân tách khối lượng. Những gì được nghĩ trước đây là một ngôi sao trẻ siêu khối lượng giờ đã được thấu tỏ khi nhìn vào những cụm năm sao trẻ từ hình ảnh cực chính xác của James Webb. Một trong số năm sao trẻ đó sáng hơn gấp 500.000 lần so với 1.550 sao trẻ xung quanh mình, như thông tin trích xuất từ Camera cận hồng ngoại James Webb (NIRCam).
ALMA cũng có đóng góp đáng kể vào nghiên cứu về các vật thể sao trẻ ở Đám mây Magellan lớn, đặc biệt ở vùng N79. Các quan sát ALMA trước đây về vùng này tiết lộ hai sợi khí và bụi dài hàng parsec ánh sáng đã va chạm. Tọa lạc tại điểm va chạm của chúng là cụm siêu sao H72.97-69.39, mái nhà của tiền sao sáng nhất được James Webb nhận diện.
Có thể cần đến sự xúc tác cho va chạm của các dải khí phân tử để tạo ra một cụm siêu sao – và các quan sát từ Atacama đem lại bối cảnh quan trọng cho việc hiểu môi trường ở quy mô lớn hơn, trong đó các cụm vật thể sao trẻ đang hình thành. Nghiên cứu đa bước sóng đó, kết hợp với dữ liệu từ James Webb và Atacama, cho phép các nhà thiên văn học nghiên cứu về mối quan hệ giữa các cấu trúc mây phân tử quy mô lớn và sự khởi sinh của các tiền sao và cụm sao.
“Nghiên cứu về các cụm sao trẻ tại Đám mây Magellan lớn giúp cho các nhà thiên văn học một vị trí mặt tiền để chứng kiến sự khởi sinh của các sao trong một thiên hà gần Ngân hà. Lần đầu tiên, chúng ta có thể quan sát những tiền sao nhỏ tương tự với sự hình thành mặt trời trong các cụm sao nhỏ – bên ngoài Ngân hà của chúng ta”,theo chia sẻ của Isha Nayak, tác giả thứ nhất của nghiên cứu. “Chúng tôi có thể thấy được những chi tiết về sự hình thành sao ngoại thiên hà trong một môi trường tương tự như cách một số ngôi sao đầu tiên được hình thành trong vũ trụ này”.
Với nghiên cứu mới, các nhà khoa học giờ đã quan sát các cụm sao trẻ tại vô số các trạng thái tiến hóa, từ những tiền sao còn rất trẻ đến sự ion hóa của các vật thể đang tiến hóa thêm trong môi trường xung quanh của chúng. Dữ liệu này đem lại những cái nhìn vào sự xuất hiện của thứ hóa học phức hợp trong các vườn ươm sao, bao gồm sự hiện diện của băng, các phân tử hữu cơ, và bụi vũ trụ, kết nối với sự hình thành của những ngôi sao đến câu chuyện rộng lớn hơn của các nguyên tố và thành phần được phân bố trong khắp vũ trụ này.
Những quan sát khác nhau làm tăng thêm hiểu biết trước đây của các nhà thiên văn học về vòng đời đầy đủ của các ngôi sao cực lớn. Nayak cho biết thêm, “bằng việc rọi ánh sáng vào quá trình ra đời của một ngôi sao siêu lớn trong một thiên hà gần, nghiên cứu này giúp chúng tôi hiểu các quá trình hình thành định hình các cụm sao đầu tiên và các thiên hà trong vũ trụ của chúng ta và cuối cùng dẫn đến sự tồn tại của chính chúng ta”.
Thanh Hương dịch từ
https://public.nrao.edu/news/young-stars/
