SN 2007if: ‘ngọn nến chuẩn’ quá sáng

Một đội gồm các nhà nghiên cứu quốc tế đã đo được khối lượng của một hệ sao ở xa đang bùng nổ - và tìm thấy nó nặng hơn đáng kể so với giới hạn khối lượng được chấp nhận cho những vật thể như vậy. Vì những sao siêu mới loại 1a như thế này thường được dùng làm “ngọn nến chuẩn” để đo khoảng cách trong vũ trụ, cho nên kết quả trên có thể có những hệ quả quan trọng trong lĩnh vực vũ trụ học, đặc biệt là về các lí thuyết năng lượng tối.

Sao siêu mới 2005ke, không được khảo sát trong nghiên cứu này, là một sao siêu mới loại 1a, một vụ nổ “nến chuẩn”quan trọng được các nhà thiên văn học sử dụng đẻ đi khoảng cách trong vũ trụ. Thể hiện ở đây là vụ nổ trong vùng bước sóng quang học, tử ngoại và tia X. (Ảnh: NASA/Swift/S Immler)

Sao siêu mới loại 1a xuất hiện khi một sao lùn trắng – được cho là đại diện cho điểm kết thúc của sự tiến hóa sao – bắt đầu thu thêm khối lượng bằng cách bồi tụ vật chất từ một ngôi sao láng giềng. Một khi sao lùn trắng đạt đến khối lượng tới hạn bằng 1,4 khối lượng mặt trời, nó sẽ trải qua một sự nổ sao siêu mới, cái luôn luôn có độ sáng không đổi.

Hiện tượng sao này tỏ ra rất hữu ích đối với các nhà thiên văn vật lí học vì việc đo độ sáng biểu kiến của sao siêu mới loại 1a suy ra được khoảng cách của nó đến hệ mặt trời của chúng ta, và việc đo độ sáng này thế giới như thế nào theo thời gian có thể tiết lộ tốc độ giãn nở của vũ trụ. Thật vậy, các nhà vũ trụ học đã sử dụng dữ liệu này để dự đoán sự tồn tại của năng lượng tối, cái dường như đang làm cho sự giãn nở của vũ trụ tăng tốc.

Ngọn nến vượt tải trọng

Tuy nhiên, nghiên cứu này, đứng đầu bởi Richard Scalzo thuộc trường đại học Yale, báo cáo rằng sau lùn trắng liên quan với SN 2007if, một sao siêu mới loại 1a đã được xác nhận, có khối lượng 2.1 ± 0.2 khối lượng mặt trời, khiến nó vượt xa giới hạn Chandrasekhar. Các nhà nghiên cứu đi đến kết quả này sau khi khảo sát thận trọng sự mờ đi của SN 2007if, nó xảy ra ở tốc độ chậm hơn so với trông đợi đối với một sao siêu mới thuộc loại này.

Tốc độ mờ đi được xác định bởi hiệu suất phản ứng xảy ra bên trong sao siêu mới. Carbon và oxygen – những thành phần chính – bị biến đổi thành nickel phóng xạ và sau đó là ánh sáng quang học. Nếu có nhiều khối lượng hơn thì năng lượng phóng xạ sẽ được xử lí hiệu quả hơn và bạn sẽ thấy sao siêu mới sáng hơn. “Bằng cách quan sát sao siêu mới mờ đo, chúng tôi có thể đo hiệu suất đó và dùng nó để ước tính khối lượng”, Scalzo giải thích.

Để thực hiện khám phá này, Scalzo và các cộng sự đã sử dụng các kính thiên văn mặt đất ở Chile, Hawaii và California để phân tích tàn dư của SN 2007if.

Đi tìm một vài lựa chọn khác nhằm giải thích trọng lượng sao này, Scalzo tin rằng ứng cử viên có khả năng là một vài sao lùn trắng, chứ không phải một sao lùn trắng và một ngôi sao láng giềng. “Nếu bạn có hai sao lùn trắng, chúng có thể từ từ xoắn ốc vào nhau và cuối cùng thì hợp nhất làm một. Khi chúng hợp nhất, chúng có khả năng hình thành nên cái gì đó lớn hơn giới hạn Chandrasekhar”, ông nói. Tuy nhiên, loại đối tượng thiên văn vật lí nào sinh ra hệ sao này vẫn chưa được rõ.

Là một cơ hội, không phải một vấn đề

Scalzo tin rằng kết quả của ông có thể mở ra cánh cửa mới bước vào việc khám phá thêm nhiều điều về vấn đề này. “Câu hỏi là không biết có những loại sao siêu mới khác có cơ sở vật lí tương tự nhưng có lẽ không cực đoan như thế hay không. Kết quả này có thể cho chúng ta biết đôi điều về cơ sở vật lí sao siêu mới mà chúng ta thật sự cần đến để chuẩn hóa sao siêu mới trong tương lai, ông phát biểu với physicsworld.com.

Mặc dù kết quả của Scalzo xác nhận rằng không phải mọi sao siêu mới loại 1a đều gọn gàng và ngăn nắp như trước đây vẫn nghĩ, nhưng năng lượng tối có khả năng vẫn an toàn, vì vẫn có một bằng chứng nữa cho thấy nó tồn tại. “Có một bằng chứng quan sát nữa từ phông vi sóng vũ trụ và các khảo sát thiên hà. Lấy bất kì bằng chứng nào trong số này ra thì năng lượng tối vẫn tồn tại”, phát biểu của Malcolm Fairbairn, một nhà thiên văn vật lí hạt cơ bản tại trường Cao đẳng Hoảng gia London, không có liên quan trong nghiên cứu trên. “Tuy nhiên, người ta rất e ngại cái chúng ta xây dựng trên sao siêu mới loại 1a làm những ngọn nến chuẩn, nhưng chúng tôi thật sự biết chính xác chúng là cái gì rồi”, ông bổ sung thêm.

Scalzo đồng ý rằng việc tìm hiểu chi tiết hơn về những ngọn nến chuẩn sẽ là không thể thiếu đối với tương lai của vũ trụ học năng lượng tối. “Hàm ý là thế hệ tiếp theo của các thí nghiệm đòi hỏi độ chính xác cao hơn thế hệ đã xác lập sự tồn tại của năng lượng tối. Khi đó, bạn có thể nói đôi điều về sự tiến triển của năng lượng tối theo sự giãn nở của vũ trụ”, ông nói.

Kết quả trên được chấp thuận cho đăng trên tờ Astrophysical Journal.

Theo physicsworld.com