Ảnh chụp đám sao NGC 6811 mà Meiborn và đội của ông sử dụng trong Nghiên cứu Đám sao Kepler. (Ảnh: Anthony Ayiomamitis/Trung tâm Thiên văn vật lí Harvard-Smithsonian)
Giống như một số người, các ngôi sao có thể giấu tuổi của chúng. Nhưng nay một đội nhà thiên văn học đã tiến một bước đầu tiên quan trọng hướng đến việc phát triển một phương pháp mới nhằm xác định tuổi của một ngôi sao – bằng cách đo chuyển động quay của nó. “Chuyển động quay của một ngôi sao từ từ chậm đi theo thời gian, giống như một con quay đang xoay trên bàn vậy, và người ta có thể sử dụng điều đó làm một cái đồng hồ để xác định tuổi của nó”, phát biểu của nhà thiên văn học Søren Meibom thuộc Trung tâm Thiên văn vật lí Harvard-Smithsonian. Meiborn trình bày những kết quả của ông tại cuộc họp lần thứ 218 của Hội Thiên văn học Hoa Kì, hiện đang diễn ra ở Boston, Massachusetts.
Có thể xác định chính xác tuổi của một ngôi sao là điều thiết yếu trong thiên văn học, nhất là những ngôi sao có những hành tinh đang quay xung quanh. Meiborn và các đồng nghiệp của ông hiện đang nghiên cứu một phương pháp suy luận ra tuổi của một ngôi sao, sử dụng thông tin về chuyển động quay, hay “spin” của nó, bằng cách thiết lập một mối tương quan giữa ba thông số - chu kì quay, tuổi, và khối lượng của ngôi sao. “Nói cho cùng, chúng ta cần biết tuổi của các ngôi sao và các hành tinh của chúng để ước định xem sự sống ngoài hành tinh có thể phát triển ở những thế giới xa xôi này hay không”, Meiborn nói. “Hành tinh càng lớn tuổi, thì càng có nhiều thời gian cho sự sống khởi đầu. Vì các ngôi sao và hành tinh hình thành cùng lúc với nhau, nên nếu chúng ta biết tuổi của một ngôi sao, thì chúng ta cũng biết tuổi của những hành tinh của nó”.
Tuổi của những ngôi sao nằm bên trong các đám sao thì dễ xác định, vì đa số những ngôi sao đó hình thành cùng một lúc. Các nhà thiên văn vẽ đồ thị màu sắc và độ lớn của các ngôi sao và kiểu phân bố mà họ thấy có thể dùng để cho biết tuổi của đám sao. Nhưng đa số các ngôi sao được biết có hành tinh quay xung quanh lại không thuộc một đám sao nào, giống như Mặt trời của chúng ta vậy, nên việc xác định tuổi của chúng khó khăn hơn nhiều.
Sử dụng Kính thiên văn vũ trụ Kepler của NASA là một phần của “Nghiên cứu Đám sao Kepler”, Meiborn cùng các cộng sự của ông đã đo tốc độ quay của những ngôi sao trong một đám sao một tỉ năm tuổi gọi tên là NGC 6811. Chuyển động quay đó được phát hiện bằng cách tìm kiếm những biến thiên nhỏ xíu về độ sáng của ngôi sao do những “đốm” trên bề mặt của nó gây ra khi quay trước tầm nhìn của Kepler. Kepler được thiết kế để phát hiện những biến thiên nhỏ về độ sáng và vì thế có thể đo chuyển động quay của nhiều loại sao, trong đó những ngôi sao già hơn nữa, chúng quay chậm và có các đốm nhỏ hơn và mờ hơn.
So sánh ba ngôi sao “có đốm” khác nhau, cả ba đều có tuổi khác nhau; bên dưới là đồ thị độ sáng theo thời gian cho ba ngôi sao: ngôi sao càng già có sự biến thiên độ sáng càng nhỏ. (Ảnh: Soren Meibom/Trung tâm Thiên văn vật lí Harvard-Smithsonian)
Chu kì quay đo được của những ngôi sao thuộc đám NGC 6811 thể hiện một bước quan trọng hướng đến việc thiết lập một mối liên hệ giữa chuyển động quay và tuổi của ngôi sao. Khi liên hệ này được thiết lập, thì việc đo chu kì quay của bất kì ngôi sao nào có thể dùng để suy luận ra tuổi của nó – một kĩ thuật được gọi là “định tuổi hồi chuyển”. Nó sử dụng một ngôi sao đang quay làm đồng hồ đo, và định cỡ chiếc đồng hồ này bằng những ngôi sao trong đám với tuổi đã biết. Một khi chiếc đồng hồ đã được định cỡ, nó hoạt động giống như một chiếc đồng hồ thiên thể vậy.
Để tìm mối liên hệ tuổi-chuyển động quay của những ngôi sao đám NGC 6811, Meiborn cùng các đồng nghiệp của ông đã mất bốn năm lọc ra các ngôi sao trong đám từ những ngôi sao không có liên quan xuất hiện trong cùng hướng khảo sát. Công việc chuẩn bị này được thực hiện với một máy quang phổ “Hectochelle" được thiết kế đặc biệt gắn trên kính thiên văn MMT ở Mount Hopkins, miền nam Arizona. Máy quang phổ đó có thể quan sát 240 ngôi sao cùng một lúc, cho phép các nhà nghiên cứu quan sát gần 7000 ngôi sao trong thời gian hơn bốn năm. Một khi những ngôi thật sự nằm trong đám đã được biết rõ, đội nghiên cứu đã sử dụng số liệu Kepler để xác định chuyển động quay của chúng.
Các nhà thiên văn nhận thấy chu kì quay biến thiên từ 1 đến 11 ngày, so với chu kì quay 28 ngày của Mặt trời. Những kết quả này cho thấy một mối liên hệ mạnh mẽ giữa màu sắc sao (một biểu hiện của khối lượng sao) và chu kì quay, với chút ít sai lệch. Điều này cho thấy mối liên hệ tuổi-chuyển động quay có thể được thiết lập đối với những ngôi sao trong một ngưỡng khối lượng nào đó – chứ không riêng với những ngôi sao giống Mặt trời của chúng ta.
Vì thế, bước tiếp theo đối với đội nghiên cứu là đo chu kì quay của những ngôi sao có khối lượng khác nhau trong những đám sao còn già hơn nữa với tuổi đã biết để đảm bảo rằng “chiếc đồng hồ” này được định cỡ chính xác đối với những tuổi sao lớn hơn. Những phép đo như thế sẽ mang tính thách thức nhiều hơn vì những đốm nhỏ hơn và mờ hơn trên những ngôi sao già hơn, nghĩa là sự biến thiên độ sáng sẽ nhỏ hơn nữa và ít thường xuyên hơn nữa (xem hình ở trên).
“Nghiên cứu này là một bước nhảy trong kiến thức của chúng ta về những ngôi sao như Mặt trời hoạt động như thế nào. Nó còn có thể có sự tác động quan trọng đối với kiến thức của chúng ta về những hành tinh được tìm thấy bên ngoài hệ mặt trời của chúng ta”, Meiborn nói.
Nghiên cứu được mô tả chi tiết trên tạp chí Astrophysical Journal Letters 733 L9.
Nguồn: physicsworld.com
