Hồi năm 2010, các nhà khoa học đã phát hiện ra bốn ngôi sao có kích cỡ vào hàng “khủng”, với ngôi sao đồ sộ nhất có khối lượng gấp 300 lần Mặt trời của chúng ta. Bất chấp độ trưng hết sức lớn của chúng, những vật thể kì lạ này, nằm trong cụm sao khổng lồ R136 trong thiên hà láng giềng Đám mây Magellan Lớn, cho đến nay chưa được tìm thấy ở nơi nào khác. Nay một nhóm nhà thiên văn tại trường Đại học Bonn vừa đưa ra một lời giải thích mới: những ngôi sao cực nặng này được tạo ra từ sự hợp nhất của những hệ sao đôi gần nhau.
Đám mây Magellan Lớn (LMC), ở xa 160.000 năm ánh sáng, là vệ tinh gần thứ ba của Dải Ngân hà mà chúng ta đang sống và chứa khoảng 10 tỉ ngôi sao. LMC có nhiều vùng đang hình thành sao, với vùng hoạt động mạnh nhất có đường kính 1000 năm ánh sáng, ‘Tinh vân Tarantula’ là nơi tìm thấy bốn ngôi sao siêu khối trên. Đám mây khí và bụi này là một cái nôi sao màu mỡ trong LMC còn được gọi là phức hợp “30 Doradus” (30 Dor). Nằm ở gần tâm của 30 Dor là R136, cái nôi sao sáng nhất không chỉ trong LMC mà trong toàn “Nhóm địa phương” gồm hơn 50 thiên hà (trong đó có thiên hà của chúng ta) và là sân nhà của những ngôi sao siêu khối khó hiểu.
Sao Wolf-Rayet R136a1, ngôi sao có khối lượng lớn nhất từng được biết. Ảnh: Wikipedia
Trước khi khám phá ra những vật thể này hồi năm 2010, các quan sát Dải Ngân hà và những thiên hà khác cho thấy giới hạn trên cho các ngôi sao hình thành trong vũ trụ ngày nay là khoảng 150 lần khối lượng Mặt trời. Giá trị đó tiêu biểu cho một giới hạn chung và có vẻ áp dụng được cho mọi nơi các ngôi sao ra đời.
Bốn ngôi sao cực sáng cực nặng mới phát hiện ra trong cụm R136 là một ngoại lệ đối với giới hạn được chấp nhận rộng rãi này. Phải chăng sự khám phá ra chúng có nghĩa là sự ra đời sao trong vùng 30 Dor xảy ra theo kiểu rất khác với mọi nơi khác trong vũ trụ? Nếu đúng vậy thì nó sẽ thách thức bản chất vạn vật của quá trình hình thành sao, một giả thuyết cơ bản của thiên văn học hiện đại.
Nhóm nghiên cứu Bonn, trong đó có nhà nghiên cứu Sambaran Banerjee và Seungkyung Oh, đã lập mô phỏng sự tương tác giữa các ngôi sao trong một cụm giống R136. Chương trình mô phỏng trên máy tính của họ thu thập lần lượt từng ngôi sao một cho cụm sao mô phỏng, sao cho càng tương tự với cụm sao thực càng tốt, tạo ra một cụm gồm hơn 170.000 ngôi sao chen chúc nhau. Lúc bắt đầu, Seungkyung đảm bảo rằng các ngôi sao đều có khối lượng bình thường và được phân bố theo kiểu như người ta trông đợi.
Để tính xem hệ thống tương đối cơ bản này thay đổi như thế nào theo thời gian, mô hình phải giải 510.000 phương trình nhiều lần. Mô phỏng càng phức tạp thêm bởi tác dụng của các phản ứng hạt nhân và do đó là năng lượng giải phóng bởi từng ngôi sao, và cái xảy ra khi hai ngôi sao va chạm, một sự kiện thường xảy ra trong một môi trường đông đúc như thế.
Những tính toán cường độ cao, xét từng ngôi sao một như thế này được gọi là “mô phỏng N vật trực tiếp” và là cách chính xác và đáng tin cậy nhất để lập mô phỏng các cụm sao. Các nhà nghiên cứu Bonn đã sử dụng mã tích hợp N vật “NBODY6”, chủ yếu được phát triển bởi Sverre Aarseth thuộc Viện Thiên văn học ở Cambridge, và khai thác gia tốc phần cứng chưa có tiền lệ của card video game thường lắp đặt trên máy trạm để đẩy nhanh các phép tính của họ.
“Với tất cả những thành phần này, mô hình R136 của chúng tôi là phép tính N vật khó nhất và mạnh nhất từng được thực hiện,” Pavel và Seungkyung nói.
“Một khi những phép tính này giải xong, cái nhanh chóng trở nên rõ ràng là những ngôi sao cực nặng không có gì bí ẩn,” Sambaran nói. “Chúng bắt đầu xuất hiện rất sớm trong cuộc sống của cụm sao. Với quá nhiều sao khối lượng lớn trong những cặp đôi gần nhau, bản thân chúng lại chen chúc nhau, nên thường xuyên có những cuộc chạm trán ngẫu nhiên, một số chạm trán đó mang lại những va chạm trong đó hai ngôi sao hợp nhất thành vật thể lớn hơn. Những ngôi sao sinh ra như thế dễ dàng trở thành sao khủng như những ngôi sao thấy ở R136.”
123physics (thuvienvatly.com)
Nguồn: EarthSky.org
