Phát hiện gây 'sốc' về ngôi sao xa Trái Đất nhất
Các nhà thiên văn học đã sử dụng Kính viễn vọng Không gian James Webb để điều tra xem liệu vật thể xa Trái Đất nhất được xác định trong vũ trụ có thực sự là một ngôi sao hay không. Kết quả cho thấy nó có thể là một cụm sao.
Vật thể được mệnh danh là ngôi sao xa nhất từng được phát hiện, có tên Earendel, có thể đã bị phân loại sai. Nghiên cứu mới cho thấy thay vì là một ngôi sao đơn lẻ, Earendel có thể là một cụm sao, tức là một nhóm các ngôi sao liên kết với nhau bằng lực hấp dẫn và hình thành từ cùng một đám mây khí và bụi.
Được Kính viễn vọng Không gian Hubble phát hiện vào năm 2022, Earendel được cho là một ngôi sao hình thành chỉ 900 triệu năm sau Vụ nổ lớn (Big Bang), khi vũ trụ chỉ bằng 7% tuổi hiện tại của nó.
Trong một nghiên cứu vừa được công bố trên tạp chí The Astrophysical Journal, các nhà thiên văn học đã sử dụng Kính viễn vọng Không gian James Webb (JWST) để xem xét lại Earendel.
Họ muốn khám phá khả năng Earendel không phải là một ngôi sao đơn lẻ hay một hệ sao đôi như suy nghĩ trước đây, mà là một cụm sao nhỏ gọn. Họ phát hiện ra rằng các đặc điểm quang phổ của Earendel khớp với các cụm sao cầu được tìm thấy trong vũ trụ gần chúng ta.
Massimo Pascale, một nghiên cứu sinh tiến sĩ thiên văn học tại Đại học California, Berkeley và là tác giả chính của nghiên cứu phân tích: "Điều đáng mừng về công trình này là nếu Earendel thực sự là một cụm sao, thì điều đó không có gì là bất ngờ! Công trình này cho thấy Earendel khá nhất quán với những gì chúng ta kỳ vọng các cụm sao cầu mà chúng ta thấy trong vũ trụ gần chúng ta đã trông như thế nào trong một tỉ năm đầu tiên của vũ trụ”.
Làm sao có thể phát hiện được ngôi sao cách 12,9 tỉ năm ánh sáng?
Earendel nằm trong thiên hà Sunrise Arc, cách chúng ta 12,9 tỉ năm ánh sáng. Nó được phát hiện thông qua một hiện tượng gọi là thấu kính hấp dẫn – một hiện tượng được dự đoán bởi thuyết tương đối rộng của Einstein, trong đó các vật thể có khối lượng lớn làm cong ánh sáng đi qua chúng.
Một cụm thiên hà khổng lồ nằm giữa Trái đất và Earendel có khối lượng lớn đến mức nó làm biến dạng cấu trúc không-thời gian, tạo ra hiệu ứng phóng đại cho phép các nhà thiên văn học quan sát được ánh sáng của Earendel, nếu không thì sẽ quá mờ để phát hiện. Các nghiên cứu cho thấy vật thể này dường như lớn hơn ít nhất 4.000 lần do hiệu ứng thấu kính hấp dẫn này.
Sức mạnh phóng đại này mạnh nhất ở một số vùng đặc biệt. Nếu một ngôi sao hoặc thiên hà tình cờ nằm ngay cạnh một trong những vùng này, hình ảnh của nó có thể được phóng đại sáng hơn hàng trăm hoặc hàng nghìn lần so với bình thường.
Earendel dường như nằm rất gần một trong những "điểm vàng" này, đó là lý do tại sao chúng ta có thể nhìn thấy nó mặc dù nó cách xa gần 12,9 tỉ năm ánh sáng. Sự thẳng hàng gần như hoàn hảo như vậy cực kỳ hiếm, điều này khiến các nhà thiên văn học xem xét các lời giải thích thay thế ngoài một ngôi sao đơn lẻ.
Sau khi Earendel được phát hiện vào năm 2022, các nhà nghiên cứu đã phân tích vật thể này bằng dữ liệu từ Máy ảnh hồng ngoại gần (NIRCam) của JWST. Bằng cách kiểm tra độ sáng và kích thước của nó, họ kết luận rằng Earendel có thể là một ngôi sao khổng lồ nóng hơn mặt trời hơn hai lần và sáng hơn khoảng một triệu lần. Trong màu sắc của Earendel, các nhà thiên văn học cũng tìm thấy một gợi ý về sự hiện diện của một ngôi sao đồng hành mát hơn.
Pascale cho biết: "Sau khi một số công trình gần đây cho thấy Earendel thực sự có thể (nhưng không nhất thiết) lớn hơn nhiều so với suy nghĩ trước đây, tôi đã tin rằng việc khám phá kịch bản cụm sao là rất đáng giá”.
Sử dụng dữ liệu quang phổ từ các thiết bị NIRSpec của JWST, Pascale và nhóm nghiên cứu đã tìm hiểu tuổi và hàm lượng kim loại của Earendel. Mẫu quang phổ của nó khớp với những gì được mong đợi từ một cụm sao và, ít nhất, khớp với ánh sáng kết hợp của nhiều ngôi sao.
Những tranh luận và hướng đi tương lai
Brian Welch, một nhà nghiên cứu hậu tiến sĩ tại Đại học Maryland và Trung tâm bay không gian NASA Goddard, người đứng đầu nhóm đã phát hiện ra Earendel vào năm 2022 nhưng không tham gia vào nghiên cứu mới, cho rằng dữ liệu mới này là chưa đủ để xác nhận Earendel là một cụm sao.
Welch nói: "Với độ phân giải quang phổ của NIRSpec, quang phổ của một ngôi sao bị bẻ cong và một cụm sao có thể rất giống nhau. Do đó, điều quan trọng là phải xem xét tất cả dữ liệu có sẵn khi cố gắng phân loại các vật thể được phóng đại cao này”.
Các nhà nghiên cứu mới chỉ khám phá khả năng "cụm sao" mà chưa so sánh với các kịch bản khả thi khác, như Earendel là một ngôi sao đơn lẻ hoặc một hệ nhiều sao.
Cả Pascale và Welch đều đồng ý rằng chìa khóa để giải quyết bí ẩn của Earendel là theo dõi các hiệu ứng vi thấu kính. Vi thấu kính là một dạng của thấu kính hấp dẫn, trong đó một vật thể đi qua tạm thời làm biến dạng hình ảnh của một vật thể ở xa. Sự thay đổi độ sáng do vi thấu kính dễ nhận thấy hơn khi các vật thể ở xa nhỏ, chẳng hạn như các ngôi sao, hành tinh hoặc hệ sao hơn là các cụm sao lớn hơn nhiều.
Pascale để ngỏ vấn đề: "Sẽ rất thú vị để xem các chương trình JWST trong tương lai có thể làm gì để làm sáng tỏ hơn bản chất của Earendel”.