Khi một ngôi sao phát nổ dưới dạng sao siêu mới, nó tỏa sáng đến mức có thể trông thấy nó từ khoảng cách hàng triệu năm ánh sáng. Một loại sao siêu mới đặc biệt – Loại Ia – sáng lên và mờ đi một cách dễ ước đoán nên các nhà thiên văn sử dụng chúng để đo sự giãn nở của vũ trụ. Khám phá thu được về năng lượng tối và vũ trụ đang gia tốc đã viết lại kho kiến thức của chúng ta về vũ trụ. Nhưng nguồn gốc của những sao siêu mới này, cái đã được chứng minh khá hữu dụng, vẫn là một ẩn số.
Ảnh chụp qua kính thiên văn Hubble này cho thấy Thiên hà Pinwheel (M101), một trong những thí dụ được biết tới nhiều nhất của các thiên hà xoắn ốc lớn, và các vùng đang hình thành sao của nó với sự chi tiết không có tiền lệ. Các nhà thiên văn đã tìm kiếm các thiên hà như thế này trong một cuộc săn tìm các thủy tổ của sao siêu mới Loại Ia, nhưng tìm kiếm của họ đa số hóa ra là trắng tay. Ảnh: NASA/ESA
“Câu hỏi cái gì gây ra một sao siêu mới Loại Ia là một trong những bí ẩn lớn chưa được giải trong ngành thiên văn học”, theo Rosanne Di Stefano thuộc Trung tâm Thiên văn vật lí Harvard-Smithsonian (CfA).
Các nhà thiên văn đã có bằng chứng rất mạnh mẽ cho thấy sao siêu mới Loại Ia phát sinh từ các tàn dư sao bùng nổ gọi là các sao lùn trắng. Để phát nổ, sao lùn trắng đó phải thu đủ khối lượng cho đến khi nó đạt tới một điểm tới hạn và không còn tự kiềm nén được nữa.
Có hai kịch bản hàng đầu cho giai đoạn trung gian từ sau lùn trắng ổn định sang sao siêu mới, cả hai kịch bản đều yêu cầu có một sao đồng hành. Trong khả năng thứ nhất, một sao lùn trắng nuốt lấy chất khí thổi ra từ một ngôi sao láng giềng khổng lồ. Trong khả năng thứ hai, hai sau lùn trắng va chạm nhau và hợp làm một. Để xác lập xem khả năng nào đúng (hay ít nhất là phổ biến hơn), các nhà thiên văn đi tìm bằng chứng của những hệ sao đôi này.
Biết được tỉ lệ trung bình của các sao siêu mới, các nhà khoa học có thể ước tính phải có bao nhiêu sao lùn trắng tiền sao siêu mới tồn tại trong một thiên hà. Nhưng việc tìm kiếm những ‘cụ tổ’ này hóa ra đa phần là trắng tay.
Để săn tìm các sao lùn trắng đang bồi tụ vật chất, các nhà thiên văn tìm kiếm các tia X thuộc một năng lượng đặc biệt, sinh ra khi chất khí va chạm với bề mặt sao trải qua sự nhiệt hạch hạt nhân. Một thiên hà tiêu biểu phải chứa hàng trăm nguồn tia X “siêu mềm” như vậy. Thay vì thế, chúng ta lại chỉ thấy có một ít thôi. Kết quả là một bài báo mới đây đề xuất rằng khả năng thứ hai, kịch bản hợp nhất, là nguồn gốc của sao siêu mới Loại Ia, ít nhất là trong nhiều thiên hà.
Kết luận đó dựa trên một giả định rằng các sao lùn trắng đang bồi tụ vật chất sẽ xuất hiện dưới dạng các nguồn tia X siêu mềm khi vật chất rơi vào chịu sự nhiệt hạch hạt nhân. Di Stefano và các cộng sự của bà thì cho rằng dữ liệu hiện nay không ủng hộ cho giả thuyết này.
Trong ảnh chụp âm bản này này của Thiên hà Pinwheel (M101), các ô vuông màu đỏ đánh dấu vị trí các nguồn tia X “siêu mềm”. Thiên hà Pinwheel phải chứa hàng trăm sao lùn trắng đang bồi tụ vật chất trên đó sự nhiệt hạch hạt nhân đang xảy ra, tạo ra vô khối tia X. Nhưng chúng ta chỉ mới phát hiện ra vài tá nguồn tia X siêu mềm thôi. Điều này có nghĩa là chúng ta phải nghĩ ra những phương pháp mới để tìm kiếm các thủy tổ hay lảng tránh của các sao siêu mới Loại Ia. Ảnh: R. Di Stefano (CfA)
Trong một bài báo mới, Di Stefano đưa vấn đề tiến thêm một bước nữa. Bà trình bày rằng một sao siêu mới do sự hợp nhất mang lại cũng sẽ đi trước một thời kì trong đó một sao lùn trắng bồi tụ vật chất chịu sự nhiệt hạch hạt nhân. Các sao lùn trắng được tạo ra khi các ngôi sao già đi, và các ngôi sao khác nhau gì đi ở những tốc độ khác nhau. Bất kì một hệ đôi sao lùn trắng khắng khít nào cũng sẽ trải qua một pha trong đó sao lùn trắng hình thành trước thu lấy và đốt cháy vật chất từ kẻ đồng hành già đi chậm hơn của nó. Nếu các sao lùn trắng này tạo ra tia X, thì chúng ta sẽ tìm thấy nhiều nguồn tia X siêu mềm hơn chừng một trăm lần so với hiện nay.
Vì cả hai kịch bản – vụ nổ do sự bồi tụ và vụ nổ do sự hợp nhất – đều liên quan đến sự bồi tụ và hợp nhất đồng thời, nên việc thiếu các nguồn tia X siêu mềm dường như bác bỏ cả hai loại thủy tổ trên. Một lời giải khác do Di Stefano đề xuất là các sao lùn trắng không tỏa sáng ở những bước sóng tia X trong những khoảng thời gian dài. Có lẽ vật chất xung quanh một sao lùn trắng có thể hấp thụ tia X, hoặc các sao lùn trắng đang bồi tụ vật chất có lẽ phát ra phần lớn năng lượng của chúng ở những bước sóng khác.
Nếu đây là lời giải thích đúng, Di Stefano nói, thì “chúng ta phải nghĩ ra những phương pháp mới tìm kiếm các thủy tổ hay lảng tránh của các sao siêu mới Loại Ia”.
- Trung Thiên (theo PhysOrg.com)
