Ngôi sao lùn nâu già nhất và lạnh nhất trong thiên hà

Các thiên hà xoắn ốc giống như thiên hà của chúng ta được tạo thành từ một vài thành tố cấu trúc. Phần nổi bật nhất của chúng chính là một cái đĩa dẹt nơi sao và khí tạo nên các cánh tay xoắn ốc vươn dài duyên dáng. Tại trung tâm của đĩa có các chỗ phình, hay chính là cụm sao dày đặc. Tất cả đều được bao quanh bởi một quầng sáng hình cầu rất khó để quan sát bởi nó có mật độ sao rất thấp.

Mặt trời là một thành viên bình thường trong đĩa của thiên hà Milky Way. Nhìn từ hành tinh của chúng ta, đĩa thiên hà vẽ lên bầu trời bóng dáng lấp lánh của Milky Way – chính là vành đai ánh sáng mỏng manh bao bọc cả bầu trời. Milky Way có thể được quan sát rõ hơn vào đêm mùa hè và mùa đông không trăng từ những nơi tối.

Quầng sáng của thiên hà của chúng ta có chứa những vì sao già nhất trong hệ. Những ngôi sao này có đặc điểm là có ít kim loại hơn đáng kể so với mặt trời (theo cách nói của các nhà thiên văn học, kim loại là các nguyên tố nặng hơn hydro và heli); do đó chúng cũng có ít kim loại hơn so với hầu hết các ngôi sao nằm trong đĩa thiên hà. Những ngôi sao trong quầng sáng này chính là thế hệ sao thứ hai hình thành trong vũ trụ của chúng ta, do đó chúng là những chứng nhân thời gian từ trên 10 tỷ năm trước, rất lâu trước khi hệ mặt trời của chúng ta hình thành. Mặc dù hành tinh của chúng ta nằm trong đĩa thiên hà, các ngôi sao nằm trong quầng sáng (thường có vận tốc lớn) nằm ngang đĩa, trong đó có một số lượng sao nhất định có thể được tìm thấy ở lãnh địa hàng xóm ngay sát chúng ta.

Hầu hết các ngôi sao nằm trong quầng sáng trước đây được biết đến là thành viên của các khối sao được gọi là cụm hình cầu. Tuy nhiên gần đây các khảo sát quy mô lớn đã cải thiện hiểu biết của chúng ta về những ngôi sao già nằm bên ngoài các cụm đó. Các ngôi sao nằm trong quầng sáng có khối lượng lớn gấp 10 lần hoặc chỉ bằng vài phần mười trong lượng của mặt trời của chúng ta, điều này cho thấy sản phẩm của quá trình hình thành sao từ 10 tỷ năm trước về thực chất không khác so với sản phẩm của quá trình hình thành sao đang diễn ra trong thiên hà. Thế còn những ngôi sao lạnh nhất và nhẹ nhất thì sao? Đó chính là những ngôi sao nằm ở ranh giới phân loại thành sao lùn nâu. Liệu có phải vũ trụ đã sinh thành những ngôi sao lùn nâu, hay sao “thất bại”, từ các đây 10 tỷ năm khi nó mới chỉ có tuổi đời bằng một phần năm bây giờ?

Ngôi sao lùn nâu già nhất được biết tới trong thiên hà (được đánh dấu bằng mũi tên) hiện hình trong bức ảnh hồng ngoại chụp bằng máy ảnh Omega 2000 gắn trên kính viễn vọng Calar Alto đường kính 3,5 m (Ảnh: Image courtesy of Calar Alto Observatory-CAHA)

Không dễ dàng phát hiện những ngôi sao có khối lượng nhỏ hay những ngôi sao lùn nâu ngay từ lần đầu tiên bởi chúng cực kỳ mờ dưới các bước sóng quang học. Chỉ có thể quan sát chúng được bằng ánh sáng hồng ngoại. Ngày nay chúng ta biết rằng hàng trăm các ngôi sao lùn nâu trẻ sống trong đĩa thiên hà, tất cả chúng đều được phát hiện vào thập kỷ trước. Nhưng chỉ có một số “ứng viên” thuộc quần thể già nhất trong quầng sáng. Bằng cách nào để khẳng định liệu những ứng viên này có thực sự là các vật thể cận sao trong quầng sáng hay không?

Elena Schilbach và Siegfried Roeser thuộc Trung tâm thiên văn học, Đại học Heidelberg cùng với Ralf-Dieter Scholz thuộc Viện vật lý học thiên thể Potsdam đã quan sát các ứng viên nói trên bằng máy ảnh hồng ngoại Omega 2000 gắn trên kính viễn vọng đường kính 3,5m của Đài quan sát Calar Alto, Tây Ban Nha. Mục tiêu quan sát là nhằm xác định khoảng cách chính xác của những ngôi sao này tính từ mặt trời của chúng ta. Khoảng cách chính xác có vai trò thiết yếu trong việc xác định năng lượng đầu ra tuyệt đối của sao.

Để có thể xác định được khoảng cách, các ứng viên phải được quan sát thường xuyên trong vòng vài năm. Phương pháp này được gọi là đo lường thị sai lượng giác học. Trái Đất của chúng ta chuyển động xung quanh mặt trời. Điều này gây ra biến đổi nhỏ trong góc nhìn mà từ đó chúng ta quan sát bầu trời từ hành tinh của mình. Chính vì lý do này, tất cả các ngôi sao dường như đi theo một con đường hình elip trên bầu trời mỗi năm tương tự với các thiên hà nằm ở rất xa trong vũ trụ.

Điều tưởng như đơn giản lại mang tính thử thách khá cao trong thực tế. Ngôi sao nằm càng xa thì hình elip càng nhỏ. Ngay cả ngôi sao gần nhất chuyển động theo hình elip với trục lớn dài chưa đầy một arc-second, tương đương với 1/1800 đường kính của mặt trăng ngày rằm. Để có thể biết được bản chất của các ứng viên, Elena Schilbach cùng các cộng sự phải đo đạc với độ chính xác khoảng 1000 lần hoặc hơn thế - độ chính xác này tương đương với kính cỡ của một người đàn ông nhìn từ trái đất.

Với sự hỗ trợ của nhóm quan sát đài Calar Alto, mỗi mục tiêu được quan sát trung bình 20 lần trong suốt trên 3 năm rưỡi. Dữ liệu thu nhỏ phức tạp cuối cùng đã mang lại những kết quả rõ ràng. Theo các tác giả, “dựa trên thị sai lượng giác và độ sáng tuyệt đối của các ngôi sao, cả ngôi sao nghèo kim loại và những ngôi sao khối lượng nhỏ đều quan sát được”. 6 trong số 10 mục tiêu có đặc tính ít kim loại, chúng chỉ chứa 1/30 lượng kim loại so với mặt trời của chúng ta, 4 ngôi sao còn lại có tỷ lệ khoảng 1/3. Các nhà thiên văn học cũng đã quan sát được năng lượng đầu ra tuyệt đối cùng với màu sắc của các mục tiêu nhất quán với các dự đoán giả thuyết cho các vật thể nghèo kim loại. Bên cạnh đó, một mục tiêu trong số các ứng viên nghèo kim loại nhất, vật thể 2MASS 1626+3925 cũng có độ sáng quá thấp nên nó buộc phải trở thành sao lùn nâu – đồng thời cũng là ngôi sao lùn nâu già nhất được phát hiện trong thiên hà của chúng ta cho đến thời điểm này.

Loading...
TIN CŨ HƠN
Những sự thật thú vị về vũ trụ có thể bạn chưa biết

Những sự thật thú vị về vũ trụ có thể bạn chưa biết

Cho tới nay, thế giới vũ trụ rộng lớn vẫn còn là chứa đựng nhiều điều bí ẩn mà khoa học hiện đại vẫn chưa khám phá hết.

Đăng ngày: 17/04/2025
Tên lửa hoạt động như thế nào trong không gian?

Tên lửa hoạt động như thế nào trong không gian?

Trên thực tế, ở không gian vũ trụ không có không khí, vậy làm thế nào tên lửa có thể đốt cháy động cơ và nhiên liệu thiết yếu cần có trong không gian?

Đăng ngày: 16/04/2025
10 điều kỳ lạ nhất của vũ trụ

10 điều kỳ lạ nhất của vũ trụ

Lỗ đen có kích thước tương đương hạt nhân nguyên tử, thiên hà "ăn thịt", những hạt vật chất có khả năng đâm xuyên qua lớp chì dày hàng chục km chỉ là vài trong số những phát hiện gây sốc nhất về không gian bên ngoài trái đất.

Đăng ngày: 16/04/2025
Sống trên Mặt trăng hay sao Hỏa tốt hơn? Khoa học đã có câu trả lời!

Sống trên Mặt trăng hay sao Hỏa tốt hơn? Khoa học đã có câu trả lời!

Liệu nên sống ở Mặt trăng hay sao Hỏa nếu con người cần di chuyển đến một nơi ở khác ngoài Trái đất?

Đăng ngày: 15/04/2025
Các hành tinh trong Hệ Mặt trời

Các hành tinh trong Hệ Mặt trời

Hệ Mặt trời (hay Thái Dương Hệ) là hệ hành tinh gồm có Mặt Trời ở trung tâm và các vật quay xung quanh.

Đăng ngày: 12/04/2025
11 vụ núi lửa phun trào kinh hoàng nhất trong lịch sử

11 vụ núi lửa phun trào kinh hoàng nhất trong lịch sử

Tambora, Krakatoa,Yellowstone... là những cái tên rất nổi bật trong số 11 đợt núi lửa phun trào dữ dội nhất lịch sử này.

Đăng ngày: 05/04/2025
Những điều bạn chưa biết về thiên thạch

Những điều bạn chưa biết về thiên thạch

Thiên thạch là gì? Một câu hỏi nghe rất quen thuộc, tưởng chừng dễ ấy thế mà nó đã và đang đánh đố không ít người.

Đăng ngày: 03/04/2025
Tiêu điểm
Khoa Học News