Ngôi sao nhanh nhất Dải ngân hà là kẻ xâm lược
Ken Shen là nhà vật lý thiên văn làm việc tại trường đại học California (Berkeley) – đơn vị hỗ trợ cho vệ tinh Gaia của Cơ quan Vũ trụ châu Âu công bố bộ dữ liệu chuyển động của hơn 1,3 tỷ ngôi sao. Shen lên ý tưởng sàng lọc bộ dữ liệu cho các ngôi sao nhanh nhất trên bầu trời và tua lại quỹ đạo quay về sự kiện “bạo động” đã khởi động nó.
Một ngôi sao lùn trắng di chuyển nhanh có thể là “kẻ sống sót” sau vụ nổ siêu tân tinh. Nguồn: Sciencemag.com
Vào cuối tuần trước, nhóm của anh đã công bố phát hiện về ba sao lùn trắng – tàn dư sau cái chết của một ngôi sao cỡ Mặt trời – băng qua thiên hà với vận tốc hàng nghìn km/s, có lẽ được bắt đầu từ các vụ nổ siêu tân tinh. Một nhóm khác nghiên cứu cùng đề tài cũng nhanh chóng công bố báo cáo với hơn hai mươi ngôi sao di chuyển nhanh, một số gần như tăng tốc nhờ “cú đá” của lỗ đen ở trung tâm thiên hà. Và thêm một nhóm xác nhận rằng một ngôi sao rực rỡ ở vùng rìa Dải Ngân hà thực sự đến từ một thiên hà khác – Đám mây Magellanic Lớn (LMC). Những phát hiện ồ ạt này đã đưa các nhà thiên văn vào cuộc chạy đua kiểm tra kính thiên văn và xác nhận các vật thể bay, như lời nhà thiên văn học James Guillochon ở ĐH Harvard: “Thật khó để biết ngôi sao nào cần quan sát trước.”
Các nhà thiên văn học có thể dễ dàng theo dõi vận tốc của một ngôi sao tới gần hay ra xa Trái Đất bằng cách quan sát sự dịch chuyển Doppler của ánh sáng từ nó. Nhưng việc đo đạc những chuyển động ngang trên bầu trời để hiểu vận tốc thực sự và nơi sao đang đứng lại tiến triển rất chậm chạp – cho tới khi dự ám Gaia được khởi động vào năm 2013 và bắt đầu đo được những thay đổi rất nhỏ trong vị trí của các ngôi sao. Công bố vừa qua cung cấp các đo đạc về chuyển động ngang của 1,3 tỷ ngôi sao và vận tốc xuyên tâm của 7 triệu ngôi sao sáng nhất.
Shen hy vọng rằng các ngôi sao nhanh nhất có thể giúp kiểm tra lý thuyết đặc biệt về loại siêu tân tinh Ia, vốn được hình thành từ vụ nổ của các sao lùn trắng. Các vụ nổ nhiệt hạch được kích hoạt khi một ngôi sao lùn trắng hút vật chất từ một ngôi sao đồng hành tới khi đủ nặng để nung chảy hạt nhân carbon trong lõi nó. Nhưng đặc tính của những người ban đồng hành khá mơ hồ. Trong một kịch bản, sao lùn trắng “ắn cắp” vật chất từ một ngôi sao thường còn trong kịch bản ưa thích của Shen, một cặp sao lùn trắng cùng quay, tích lũy tốc độ và chỉ ngay trước sáp nhập, một trong hai đã thu thập đủ vật chất để phát nổ, sao còn lại được phóng vào vũ trụ như cái búa trong cuộc thi ném búa Olympic.
Để tìm kiếm những kẻ sống sót, nhóm của Shen đã chọn dữ liệu từ khảo sát Gaia với những chuyển động ngang nhanh nhất. Sau đó họ kiểm tra các ứng viên với kính thiên văn mặt đất ở California, quần đảo Canary và Nam Phi để phân loại các dạng sao và thu thập các vận tốc xuyên tâm của nó còn bị thiếu. Trong vòng 24 giờ, nhóm của Shen đã thấy 3 sao lùn trắng phù hợp, một trong số đó di chuyển với tốc độ 2.400 km/giây, biến nó thành một trong những vật thể nhanh nhất thiên hà này. Họ đã nêu kết quả trong một công bố vào ngày 30/4 trên arXiv.
Nhóm cũng tua lại đường đi của những ngôi sao trong thời gian 100.000 năm. Một trong những cuộc truy tìm đó là tìm lại tàn dư của một vụ nổ siêu tân tinh gần đó, đám mây tàn tích từ vụ nổ trước đó, càng khẳng định hơn mối liên hệ. Nhà vật lý thiên văn Kris Stanek tại ĐH Bang Ohio (Columbus) nhận xét: “Đây là một quan sát và kết quả tuyệt vời”. Các nhà lý thuyết tiếp tục cần thêm thời gian để cân nhắc kịch bản của Shen, nhưng sao lùn trắng đó “có lẽ là một phần của vụ nổ siêu tân tinh.”
Một nhóm khác do Tommaso Marchetti tại ĐH Leiden (Hà Lan) dẫn dắt đã tìm kiếm dữ liệu Gaia về các sao nhanh nhất để chứng thực loại “bạo động” thiên hà khác. Trên arXiv vào ngày 27/4/2018, họ báo cáo đã tìm thấy 28 ngôi sao như vậy, một trong số đó tăng tốc từ điểm xuất phát là trung tâm thiên hà, nơi có một lỗ đen khổng lồ đang ẩn náu. Theo lý thuyết, lực hấp dẫn cực mạnh từ lỗ đen này có thể phá vỡ các hệ sao đôi tới quá gần nó và ném một ngôi sao đi với vận tốc 1000km/s, đủ để thoát khỏi lực hấp dẫn của thiên hà.
Tuy nhiên, hai trong số các ngôi sao của Marchetti có dấu hiệu trở lại ngoài thiên hà, có lẽ là tới Đám mây Magellan lớn (LMC) – thiên hà vệ tinh của Dải Ngân hà. HVS3, một ngôi sao khác là một trường hợp rõ ràng hơn. Nó được phát hiện vào năm 2005, gần LMC và trong quầng Dải Ngân hà. Dữ liệu Gaia cho thấy, HVS3 đến từ trung tâm của LMC, giống như công bố vào ngày 26/4/2018 trên arXiv của nhóm nghiên cứu do nhà thiên văn học Denis Erkal từ ĐH Surrey (Anh) làm trưởng nhóm. Nó di chuyển quá nhanh đến nỗi nó có thể đã nhận được “cú đá” từ lỗ đen trung tâm – chưa từng được phát hiện trước đó trong LMC.
“Nó khá lớn” – Douglas Boubert – nghiên cứu sinh TS tại ĐH Cambridge nói. Anh là người đã giúp săn lùng các ngôi sao tốc độ cao cho Erkal, Shen và Guillochon. Các nhà thiên văn biết rằng tất cả các thiên hà lớn đều có những lỗ đen lớn, nhưng họ không chắc rằng các thiên hà nhỏ như LMC có như vậy không. Việc tìm kiếm nhiều hơn các vật thể bị đẩy ra khỏi LMC có thể giúp đo được lỗ đen và có thể khẳng định nghi ngờ của Boubert: một phần đáng kể những vật thể chuyển động với tốc độ lớn của Dải Ngân hà đến từ “một thiên hà hoàn toàn khác. Ai mà biết được là tôi đúng hay không”.
Thanh Trúc lược dịch
Nguồn: http://www.sciencemag.org/news/2018/05/one-milky-way-s-fastest-stars-invader-another-galaxy
