Tín hiệu vô tuyến từ một ngôi sao sắp chết sẽ như thế nào?

Vụ nổ của một ngôi sao lùn trắng. Ảnh: NASA.

Theo Science Alert, lần đầu tiên các nhà thiên văn học phát hiện ra dấu hiệu vô tuyến của một sự kiện nêu trên trong một thiên hà là cách Trái Đất hơn 400 triệu năm ánh sáng. Phát hiện này được công bố vào ngày 18/5 trên tạp chí Nature cho thấy những manh mối thú vị về việc ngôi sao đồng hành bị tác động như thế nào.

Sự bùng nổ của một ngôi sao chết

Theo đó, khi các ngôi sao nặng hơn Mặt Trời 8 lần bắt đầu cạn kiệt nhiên liệu hạt nhân trong lõi, chúng sẽ bung ra các lớp bên ngoài. Quá trình này tạo ra những đám mây khí đầy màu sắc và để lại một lõi nóng đặc được gọi là sao lùn trắng.

Mặt Trời sẽ trải qua quá trình chuyển đổi này trong khoảng 5 tỷ năm nữa, từ từ nguội đi và biến mất. Tuy nhiên, nếu một sao lùn trắng bằng cách nào đó tăng khối lượng lên, cơ chế tự hủy sẽ khởi động khi nó nặng hơn khoảng 1,4 lần khối lượng Mặt Trời. Sau đó, vụ nổ nhiệt hạch sẽ phá hủy ngôi sao được gọi là siêu tân tinh loại Ia.

Thế nhưng, câu hỏi được đặt ra là khối lượng tăng thêm sẽ đến từ đâu để cung cấp năng lượng cho vụ nổ như vậy. Các nhà khoa học từng nghĩ rằng đó có thể là khí thoát ra khỏi một ngôi sao đồng hành lớn hơn trên quỹ đạo gần. Tuy nhiên, các ngôi sao thường có xu hướng lộn xộn, tràn khí ra khắp nơi.

Một vụ nổ siêu tân tinh sẽ gây sốc cho bất kỳ khí tràn nào và khiến nó phát sáng ở bước sóng vô tuyến. Dẫu vậy, bất chấp hàng thập kỷ tìm kiếm, không một siêu tân tinh trẻ loại Ia nào được phát hiện bằng kính viễn vọng vô tuyến.

Do đó, các nhà nghiên cứu bắt đầu nghĩ rằng siêu tân tinh loại Ia phải là các cặp sao lùn trắng quay vào trong và hợp nhất với nhau theo kiểu tương đối rõ ràng, không để lại khí gây sốc và không có tín hiệu vô tuyến.

Một ngôi sao đồng hành mất vật chất ngay trước vụ nổ. Ảnh: Science Alert.

Một loại siêu tân tinh hiếm

Siêu tân tinh 2020eyj được phát hiện bởi một kính viễn vọng ở Hawaii vào ngày 23/3/2020. Trong khoảng 7 tuần đầu tiên, nó hoạt động giống như những siêu tân tinh loại Ia khác. Nhưng trong 5 tháng tiếp theo, nó không bị mờ đi về độ sáng và bắt đầu thể hiện các đặc điểm cho thấy khí heli tăng lên một cách bất thường.

Các nhà nghiên cứu bắt đầu nghi ngờ siêu tân tinh 2020eyj thuộc về một phân lớp hiếm hoi của siêu tân tinh loại Ia.

Để cố gắng xác nhận, họ quyết định kiểm tra xem có đủ khí bị sốc để tạo ra tín hiệu vô tuyến hay không. Vì siêu tân tinh ở quá xa về phía bắc để quan sát bằng các kính thiên văn như Australia Telescope Compact Array gần khu vực Narrabri, nên họ phải sử dụng một loạt kính viễn vọng vô tuyến trải khắp Vương quốc Anh để quan sát siêu tân tinh khoảng 20 tháng sau vụ nổ.

Lần đầu tiên, họ đã phát hiện rõ ràng siêu tân tinh loại Ia thuộc diện rất trẻ ở bước sóng vô tuyến. Điều này tiếp tục được xác nhận bởi lần quan sát thứ 2 khoảng 5 tháng sau đó. Đây là bước ngoặt quan trọng cho thấy không phải tất cả siêu tân tinh loại Ia đều được tạo ra bởi sự hợp nhất của 2 sao lùn trắng.

Lời thì thầm của một ngôi sao sắp chết

Một trong những đặc tính đáng chú ý hơn của siêu tân tinh loại Ia là dường như tất cả đều đạt được độ sáng cực đại giống nhau. Điều này phù hợp với việc chúng đều đạt đến một khối lượng nhất định trước khi phát nổ.

Chính thuộc tính này đã giúp nhà thiên văn học Brian Schmidt và các đồng nghiệp đạt được kết luận đoạt giải Nobel vào cuối những năm 1990. Kết luận cho rằng sự giãn nở của vũ trụ kể từ vụ nổ Big Bang không chậm lại dưới tác dụng của lực hấp dẫn (như mọi người dự đoán), trái lại nó đang tăng tốc do các hiệu ứng gọi là năng lượng tối.

Đó là lý do siêu tân tinh loại Ia là những vật thể vũ trụ quan trọng và mọi người vẫn chưa biết chính xác cách thức, thời điểm những vụ nổ sao này xảy ra. Điều gì khiến chúng ổn định như vậy trở thành một mối lo ngại đối với các nhà thiên văn học.

Bên cạnh đó, nếu các cặp sao lùn trắng hợp nhất có tổng khối lượng gấp 3 lần khối lượng Mặt Trời, tại sao chúng lại giải phóng cùng một lượng năng lượng?

Các nhà khoa học đặt ra giả thuyết rằng siêu tân tinh 2020eyj xảy ra khi đủ lượng khí heli thoát ra khỏi ngôi sao đồng hành và đưa lên bề mặt của sao lùn trắng, từ đó đẩy nó vượt qua giới hạn khối lượng.

Tuy nhiên, câu hỏi bây giờ là tại sao trước đây mọi người chưa từng thấy tín hiệu vô tuyến này trong bất kỳ siêu tân tinh loại Ia nào khác. Lời giải thích hợp lý nhất có lẽ là sự kiên nhẫn và bền bỉ đôi khi được đền đáp theo cách mà không ai ngờ tới. Trong trường hợp này, sự kiên nhẫn đã giúp các nhà nghiên cứu nghe thấy lời thì thầm của một ngôi sao xa xôi sắp chết.