Vụ nổ sao năm 1843 là một dạng mới

Eta Carinae – ngôi sao lớn nhất, sáng nhất và có lẽ được tìm hiểu nhiều nhất sau mặt trời – đang nắm giữ một điều bí mật. Sự bùng nổ khủng khiếp của nó dường như hoàn toàn bị chi phối bởi một dạng yếu hơn so với một siêu tân tinh thông thường mà lại không hề hủy hoại ngôi sao.

Trên số báo phát hành ngày 11 tháng 9 tờ Nature, nhà thiên văn học Nathan Smith đề xuất rằng vụ nổ lịch sử năm 1843 của ngôi sao Eta Carinae thực chất đã sản sinh làn sóng chấn động tương tự một siêu tân tinh đích thực dù kém mạnh mẽ hơn một chút. Sự kiện được ghi chép rất nhiều xảy ra trong thiên hà Milky Way có lẽ có liên quan đến một nhóm các vụ nổ sao mờ nhạt ở các thiên hà khác phát hiện được trong những năm gần đây qua kính viễn vọng trong quá trình tìm kiếm các siêu tân tinh ngoài thiên hà. Smith, nhà nghiên cứu hậu tiến sĩ thuộc đại học California Berkeley cho biết: “Có một nhóm các vụ nổ sao xảy ra trong các thiên hà khác, mặc dù chúng tôi không biết rõ nguyên nhân nhưng Eta Cariane chính là ngôi sao khởi thủy”.

Eta Carinae (η Car) là ngôi sao biến đổi rất lớn và nóng, chỉ có thể quan sát được từ bán cầu nam. Nó nằm cách trái đất khoảng 7.500 năm ánh sáng trong một vùng hình thành sao có tên tinh vân Carina. Người ta quan sát được hình ảnh nó phát sáng vô cùng mạnh mẽ vào năm 1843, các nhà thiên văn học ngày nay chứng kiến được đám mây khí bụi hình thành sau sự kiện đó, được gọi là tinh vân Homunculus, tỏa ra xa ngôi sao. Lớp vỏ mờ nhạt chứa những phần vỡ nát từ vụ nổ cũng có thể quan sát được, có lẽ có niên đại vào khoảng 1000 năm trước. Có lẽ bị cơn gió hung tàn của ngôi sao cuốn đi nên lớp vỏ khí bụi chuyển động chậm, với tốc độ khoảng 650 km/s (1,5 triệu dặm/h) hoặc còn chậm hơn, khi so sánh với lớp vỏ của một siêu tân tinh.

Với kính viễn vọng quốc tế Gemini South đường kính 8m và kính viễn vọng Blanco đường kính 4m thuộc đài quan sát Cerro Tololo Inter-American tại Chile, quan sát của Smith đã đem lại điều mới mẻ: các sợi khí có tốc độ cực nhanh di chuyển nhanh hơn gấp 5 lần so với các mảnh vỡ trong tinh vân Homunculus, chúng bị đẩy ra xa Eta Carinae trong cùng một sự kiện. Theo Smith, tổng khối lượng của tinh vân di chuyển chậm Homunculus rất khớp với những gì mà luồng gió của một ngôi sao phía xa có thể tác động. Các vật chất mạnh mẽ hơn, nhanh hơn nhiều mà ông phát hiện được cũng mang đến những khó khăn gay gắt hơn cho các giả thuyết hiện nay.

Thay vào đó, tốc độ và năng lượng khiến chúng ta nhớ đến vật chất được tăng tốc bởi làn sóng chấn động mạnh mẽ của một vụ nổ siêu tân tinh.

Tốc độ nhanh chóng của làn sóng có thể tăng gấp đôi sớm hơn so với dự đoán về năng lượng giải phóng trong vụ nổ năm 1843 của Eta Carinae – một sự kiện mà Smith cho rằng nó không phải chỉ là một vụ nổ bề mặt im lìm do gió sao điều phối, mà thực chất là một vụ nổ từ sâu bên trong làm văng các mảnh vỡ vụng vào vũ trụ. Trên thực tế, làn sóng chấn động chuyển động nhanh hiện va chạm với đám mây chuyển động chậm từ vụ nổ xảy ra 1000 năm trước có phát ra tia X đã được quan sát tại đài thiên văn Chandra. 

“Các quan sát này buộc chúng ta phải thay đổi hiểu biết của mình về những gì xảy ra trong vụ nổ năm 1843. Không phải là một luồng gió ổn định thổi bay lớp ngoài mà là một vụ nổ xảy ra từ sâu bên trong ngôi sao cuốn đi lớp vỏ ngoài. Để có được mộ vụ nổ như thế này đỏi phải một cơ chế mới”.

Chấn động từ vụ nổ năm 1843 của ngôi sao Eta Carinae. Ngày nay một lớp vỏ chuyển động chậm được hình thành từ vụ nổ diễn ra từ 1000 năm trước. Chấn động đã tạo nên màn pháo hoa rực sáng, đốt nóng vỏ ngoài khiến nó phát ra tia X (màu cam). Tinh vân hai thùy Homumculus, lớp vỏ khí bụi chuyển động chậm cũng được sinh ra từ vụ nổ năm 1843, nằm gần ngôi sao siêu khổng lồ màu xanh lục cực nóng. (Ảnh: Lynette Cook/ Đài quan sát Gemini)

Nếu những gì Smith nghĩ là đúng, thì các ngôi sao siêu khổng lồ như Eta Carinae có thể thổi bay một khối lượng lớn vật chất của chúng trong các vụ nổ thời tiền sử khi chúng tiến đến giai đoạn cuối của cuộc đời trước khi một siêu tân tinh hủy diệt thổi bay nó thành mảnh vụn rồi hình thành lỗ đen. Vụ nổ mờ nhạt hơn nhiều so với một siêu tân tinh đã phát sinh ra làn sóng chấn động di chuyển nhanh xung quanh Eta Carinae khá tương đương với vụ nổ sao mờ nhạt mà đôi khi được gọi là “kẻ mạo danh siêu tân tinh”. Những vụ nổ sao như thế hiện đã được phát hiện trong các thiên hà khác nhờ kính viễn vọng robot đặt trên Trái Đất và qua các cuộc săn tìm siêu tân tinh. Từ đó có thể giúp các nhà thiên văn học hiểu được quá trình mở rộng trong vũ trụ.

“Quan sát các thiên hà khác, các nhà thiên văn học có thể thấy những ngôi sao như Eta Carinae ngày một sáng hơn nhưng lại không sáng bằng một siêu tân tinh thực sự. Chúng tôi không biết đó là cái gì. Nó giống như một bí ẩn và nguyên nhân khiến ngôi sao phát sáng như thế mà lại không hủy hoại nó hoàn toàn”. Eta Carinae là ngôi sao siêu khổng lồ rất hiếm trong thiên hà của chúng ta, có lẽ nó đã từng đạt khối lượng lớn gấp 150 lần mặt trời. Những ngôi sao lớn cháy rực rỡ trong vỏn vẹn một vài triệu năm, tất cả khối lượng mất đi dưới dạng ánh sáng cực mạnh sẽ cuốn theo luồng gió sao. Sau hai đến ba triệu năm, Eta Carinae hiện có khối lượng vào khoảng 90 đến 100 khối lượng mặt trời, mất khoảng 10 khối lượng mặt trời chỉ riêng trọng vụ nổ năm 1843 gần đây nhất.

Smith cho biết: “Các vụ nổ này có lẽ là cách thức cơ bản mà theo đó những ngôi sao lớn có thể loại bỏ các lớp hiđro bên ngoài trước khi chúng chết. Nếu Eta Carinae có thể tách 10 khối lượng mặt trời cứ mỗi một ngàn năm thì đây là phương thức hiệu quả để loại đi phần khối lượng lớn của một ngôi sao”. Các nhà thiên văn học tin rằng Eta Carinae cùng những ngôi sao màu xanh dạ quang khác vào giai đoạn cuối của cuộc đời sẽ đốt cháy hiđro trong lỗi để tạo thành heli. Nếu chúng nổ khi vẫn còn giữ lớp vỏ hiđro bao bọc lõi heli, thì siêu tân tinh hình thành sẽ khác nhiều so với siêu tân tinh ra đời khi ngôi sao đã loại bỏ hết hiđro trước khi nổ.

Theo Smith, việc liệu có phải kẻ giả mạo siêu tân tinh là phiên bản thu nhỏ của siêu tân tinh, các siêu tân tinh đã thất bại, sự kiện tiền thânh của mọi loại vụ nổ khác nhau vẫn chưa có cơ sở rõ ràng. “Đây có thể là một đầu mối quan trong để hiểu được những giai đoạn mạnh mẽ cuối cùng trong cuộc đời của các ngôi sao lớn”. Các nhà thiên văn học vẫn chưa thể dự đoán chính xác số phận của những ngồi sao lớn gấp 30 lần trở lên khối lượng mặt trời.

Các quan sát công bố trên tờ Nature bao gồm quang phổ thu được từ kính viễn vọng Blanco (Đài quan sát thiên văn quang học quốc gia Hoa Kỳ - NOAO), và quang phổ tương tự hồng ngoại thu được từ kính viễn vọng Gemini South. Cả hai kính viễn vọng đều được đặt trên dãy núi Andes (Chile) ở độ cao gần 9000 fut. NOAO và Đài quan sát Gemini được Hội các trường đại học snghiên cứu thiên văn điều hành. Nghiên cứu được Cơ quan quản lý vũ trụ và hàng không quốc gia phối hợp với Quỹ khoa học quốc gia tài trợ.