Một số câu chuyện khoa học hay nhất bắt đầu bằng một câu hỏi hóc búa mà không ai ngờ tới. Câu chuyện này bắt đầu ở Mây Magellan Lớn, một thiên hà đồng hành nhỏ nằm cách chúng ta khoảng 160.000 năm ánh sáng, trong một vùng tạo sao được các nhà thiên văn đặt biệt danh là Tinh vân Tarantula. Tên chính thức của nó là 30 Doradus, và đây là một trong những vùng tạo sao dữ dội nhất ở khu vực lân cận thiên hà Milky Way, chứa hàng nghìn sao trẻ khối lượng lớn vẫn đang loại bỏ khí và bụi mà từ đó chúng được sinh ra.
Các nhà thiên văn từng có một dự đoán hợp lý về nơi này. Những sao trẻ khối lượng lớn tạo ra gió sao cực mạnh, và những luồng gió đó sẽ va mạnh vào khí xung quanh, đủ để làm nóng nó tới hàng triệu độ và khiến nó phát sáng ở dải tia X. Các nhà nghiên cứu trước đó đã nghiên cứu lượng năng lượng mà những luồng gió sao này giải phóng cũng như tác động mà chúng đáng lẽ phải gây ra. Các tính toán cho thấy Tinh vân Tarantula lẽ ra phải phát sáng dữ dội ở dải tia X. Nhưng thực tế không phải vậy.
Một hình ảnh trước đây của 30 Doradus kết hợp dữ liệu tia X từ Đài quan sát tia X Chandra với dữ liệu hồng ngoại từ Kính thiên văn không gian James Webb - bức xạ tia X sâu và khuếch tán có thể thấy ở đây chính là tín hiệu mà các nhà nghiên cứu nhận thấy mờ hơn so với dự đoán của các mô hình (Nguồn: Tia X: NASA/CXC; Hồng ngoại: NASA/ESA/CSA/STScI)
Lượng khí phát tia X trong tinh vân ít hơn nhiều so với dự đoán của các mô hình, và chính sự chênh lệch như vậy khiến một nhóm nghiên cứu phải đặc biệt chú ý và xem xét kỹ hơn. Một lượng năng lượng khổng lồ đang biến mất ở đâu đó, và không ai có thể xác định nó đã đi đâu.
Để truy tìm lượng năng lượng đó, một nhóm do Jennifer Rodriguez tại Ohio State đứng đầu đã tập hợp dữ liệu từ bốn kính thiên văn không gian cùng lúc: khả năng quan sát tia X của Đài quan sát tia X Chandra, dữ liệu hồng ngoại từ Kính thiên văn không gian James Webb, quan sát quang học của Kính thiên văn không gian Hubble và dữ liệu lưu trữ từ Kính thiên văn không gian Spitzer hiện đã ngừng hoạt động. Khi được xếp chồng lên nhau, kết quả là một hình ảnh tổng hợp thực sự ấn tượng, được tạo nên giống như những lớp giấy bóng kính nhiều màu. Tia X của Chandra được thể hiện bằng màu xanh lam, lần theo khí bị nung nóng tới nhiệt độ cực cao bởi các sóng xung kích, không khác nhiều so với tiếng nổ siêu thanh của một máy bay phản lực. Dữ liệu hồng ngoại của Webb xuất hiện với màu đỏ, tiết lộ hàng nghìn sao trẻ nằm sâu bên trong cùng bụi lạnh mà một ngày nào đó sẽ góp phần hình thành các sao và hành tinh mới. Hubble bổ sung màu xanh lục, làm nổi bật khí hydrogen ấm hơn và các sao riêng lẻ phân bố xuyên suốt tinh vân. Ở nơi cả ba lớp chồng lên nhau, tại trung tâm hình ảnh, chúng tạo thành một vùng màu cam, vàng và vàng kim.
Đài quan sát tia X Chandra của NASA, kính thiên văn không gian cung cấp lớp dữ liệu tia X sâu trong hình ảnh tổng hợp mới của Tinh vân Tarantula, đồng thời là thiết bị đầu tiên phát hiện sự chênh lệch giữa độ sáng tia X được dự đoán và quan sát được trong tinh vân (Nguồn: NASA/CXC)
Khoa học phía sau hình ảnh mới là nơi câu chuyện trở nên thú vị. Nhóm nghiên cứu kết luận rằng Tinh vân Tarantula đang mất năng lượng qua ba con đường thoát riêng biệt hoạt động đồng thời. Có tới một nửa lượng khí nóng dường như đang rò rỉ trực tiếp ra ngoài qua các thành của những cấu trúc khí và bụi xung quanh. Một phần khí đang nguội đi do sự trộn lẫn hỗn loạn với khí lạnh hơn ở gần đó. Và một phần khác, theo nhóm nghiên cứu, đang mất nhiệt thông qua dẫn nhiệt đơn thuần, khi khí nóng tiếp xúc trực tiếp với khí lạnh hơn và nhiệt độ của chúng dần cân bằng, giống như một chiếc chảo nguội đi sau khi được nhấc khỏi nguồn nhiệt. Không quá trình nào trong ba quá trình này khi xét riêng lẻ có thể giải thích đầy đủ lượng năng lượng bị thiếu, nhưng khi kết hợp lại, chúng có thể làm được điều đó. Điều tôi thích ở câu chuyện này không chỉ là hình ảnh, vốn thực sự rất đẹp để ngắm nhìn. Nó còn nhắc chúng ta rằng ngay cả trong một tinh vân mà các nhà thiên văn đã quan sát suốt nhiều thập kỷ, vẫn có thể tồn tại một vấn đề ẩn giấu mà chưa ai giải quyết được. Cuối cùng, cần tới bốn kính thiên văn, ba cơ quan không gian và một nhóm nghiên cứu hết sức kiên trì mới có thể giải quyết được vấn đề đó.
Tuấn Phong
Theo Universe Today
