Những ngôi sao lạnh lẽo nhất trong vũ trụ sâu thẳm

Các nhà thiên văn học vừa phát hiện ra cái có vẻ là 14 trong số những ngôi sao lạnh lẽo nhất được biết trong vũ trụ của chúng ta. Những ngôi sao yếu ớt này, gọi là sao lùn nâu, lạnh lẽo và mờ nhạt đến mức chúng không thể nhìn thấy với các kính thiên văn ánh sáng khả kiến hiện nay. Tầm nhìn hồng ngoại của Kính thiên văn vũ trụ Spitzer đã thu được ánh le lói yếu ớt của chúng, giống hệt như những người lính cứu hỏa sử dụng kính hồng ngoại để tìm các đốm lửa nóng chôn vùi bên dưới tán rừng tối đen.

alt

Ảnh minh họa dữ liệu mô phỏng tiên đoán hàng trăm ngôi sao yếu ớt, hay sao lùn nâu, mà người ta trông đợi Tàu khảo sát Hồng ngoại Trường rộng (WISE) của NASA bổ sung thêm cho đông đảo những ngôi sao đã biết trong vùng láng giềng của hệ mặt trời của chúng ta. Ảnh: AMNH/UCB/NASA/JPL-Caltech

Các sao lùn nâu trên thuộc về một số ít những vật thể giống như vậy đã được phát hiện ra trước đây. Các vật thể mới có nhiệt độ từ khoảng 450 Kelvin đến 600 Kelvin. Nhiệt độ này thật lạnh – lạnh như, trong một số trường hợp, các hành tinh quay xung quanh những ngôi sao khác.

Những thiên thể nguội lạnh này vẫn còn lảng tránh trong nhiều năm trời, nhưng sẽ sớm bắt đầu rời khỏi bóng đêm sâu thẳm. Sứ mệnh Tàu khảo sát Hồng ngoại Trường rộng (WISE) của NASA, phi thuyền đang quét qua toàn bộ bầu trời hiện nay trong vùng bước sóng hồng ngoại, được trông đợi sẽ tìm thấy hàng trăm vật thể thuộc một xu hướng lạnh lẽo giống như vậy, nếu không nói là lạnh hơn nữa. WISE đang tìm kiếm trong một thể tích không gian lớn hơn 40 lần so với nghiên cứu Spitzer gần đây, nghiên cứu chỉ tập trung vào một vùng trong chòm sao Boötes. Sứ mệnh Spitzer được thiết kế để khảo sát những vùng trời mục tiêu một cách chi tiết, còn WISE thì đang săm soi toàn bộ bầu trời.

“WISE đang nhìn vào khắp nơi, cho nên các sao lùn nâu lạnh lẽo nhất sắp xuất hiện bất ngờ xung quanh chúng ta”, phát biểu của Peter Eisenhardt, nhà khoa học dự án WISE tại Phòng thí nghiệm Sức đẩy Phản lực (JPL) của NASA ở Pasadena, California, và là tác giả đứng đầu một bài báo trên Tạp chí Thiên văn học nói về các phát hiện của Spitzer. “Chúng ta có thể còn tìm thấy một sao lùn nâu lạnh ở gần chúng ta hơn cả sao Proxima Centauri, ngôi sao được biết ở gần chúng ta nhất”.

Các sao lùn nâu hình thành giống như các ngôi sao đã hết khí và bụi đang co lại, nhưng chúng nhỏ bé hơn, chưa bao giờ thu đủ khối lượng để kích hoạt sự nhiệt hạch hạt nhân và tỏa sáng với ánh sáng sao. Các sao lùn nâu nhỏ nhất được biết có khối lượng khoảng bằng 5 đến 10 lần Mộc tinh của chúng ta – khối lượng đó nặng chừng bằng một số hành tinh khí khổng lồ khác đã biết đang xung quanh những ngôi sao khác. Các sao lùn nâu bắt đầu với một chút nhiệt nội tại còn lại từ sự hình thành của chúng, nhưng theo năm tháng, chúng nguội dần đi. Ngôi sao lùn nâu đầu tiên được xác nhận được công bố vào năm 1995.

“Các sao lùn nâu ở vài góc độ trông như các hành tinh, nhưng chúng thuộc một nhóm khác”, theo nhà thiên văn Daniel Stern, đồng tác giả của bài báo Spitzer tại JPL. “Điều này khiến chúng thật hấp dẫn đối với các nhà thiên văn học – chúng là những phòng thí nghiệm hoàn hảo để nghiên cứu các vật thể với khối lượng cỡ hành tinh”.

Đa số các sao lùn nâu mới được tìm thấy bởi Spitzer được cho là thuộc về họ hàng lạnh lẽo nhất đã biết của các sao lùn nây, gọi là các sao lùn T, chúng được định nghĩa là những ngôi sao chưa tới khoảng 1500 Kelvin. Một trong các vật thể dường như lạnh đến mức nó có thể là một sao lùn Y đã tìm kiếm lâu nay – một loại sao còn lạnh hơn nữa đã được đề xuất trên lí thuyết. Họ hàng T và Y là bộ phận thuộc một hệ thống lớn hơn phân loại tất cả các ngôi sao; thí dụ, các ngôi sao nóng nhất, nặng nhất là các sao O; mặt trời của chúng ta là một sao G.

alt

Ảnh này thể hiện cái các nhà thiên văn nghĩ là một trong những sao lùn nâu lạnh lẽo nhất từng được phát hiện tính cho đến nay (chấm đỏ ở giữa khung hình).

“Các mô hình cho biết có lẽ còn có một loại sao hoàn toàn mới ở ngoài kia, các sao lùn Y, mà cho đến nay chúng ta vẫn chưa tìm ra”, phát biểu của Davy Kirkpatrick, một đồng tác giả của nghiên cứu trên và là một thành viên của đội khoa học WISE tại Viện Công nghệ California. “Nếu những vật thể hay lảng tránh này thật sự tồn tại, thì WISE sẽ tìm thấy chúng”. Kirkpatrick là một chuyên gia thế giới về các sao lùn nâu – ông đi đến chỗ phân loại L, T, và Y cho các ngôi sao lạnh hơn.

Kirkpatrick cho biết có khả năng WISE sẽ tìm ra một vật thể băng giá, cỡ Hải vương tinh hoặc to hơn trong biên giới xa xôi của hệ mặt trời của chúng ta – xa hơn hàng nghìn lần khoảng cách từ mặt trời đến Trái đất. Có một số suy đoán trong số các nhà khoa học rằng một vật thể nguội lạnh như thế, nếu tồn tại, có thể là một đồng hành lùn nâu của mặt trời của chúng ta. Vật thể giả thuyết này đã được đặt tên là “Nemesis”.

14 vật thể mà Spitzer tìm thấy nằm cách xa hàng trăm năm ánh sáng – quá xa và mờ nhạt cho các kính thiên văn trên mặt đất nhìn thấy và xác nhận với một phương pháp gọi là quang phổ học. Nhưng sự có mặt của chúng ngụ ý rằng có cả trăm hay nhiều hơn nữa các vật thể như vậy chỉ trong cự li cách mặt trời của chúng ta 25 năm ánh sáng. Do WISE đang sục sạo khắp nơi, nên nó sẽ tìm thấy những thiên thể còn thiếu này, chúng sẽ đủ gần để xác nhận với phương pháp quang phổ học. Có lẽ WISE sẽ còn tìm thấy nhiều sao lùn nâu hơn nữa trong cự li 25 năm ánh sáng đến mặt trời so với số lượng sao đã biết tồn tại trong vùng không gian này.

“WISE đang sắp làm biến chuyển cái nhìn của chúng ta về láng giềng của hệ mặt trời”, Eisenhardt nói. “Chúng ta sắp nghiên cứu những láng giềng mới mẻ này một cách hết sức chi tiết – chúng có thể chứa hệ hành tinh gần nhất với hệ mặt trời của chúng ta”.