Lần đầu tiên, các nhà thiên văn học đã trực tiếp nhìn thấy kết cục đầy kịch tính trong vòng đời của một sao siêu khổng lồ đỏ, chứng kiến sự tự hủy diệt nhanh chóng của ngôi sao và giây phút cuối cùng trước khi nó sụp đổ trong một supernova loại II.
Sử dụng hai kính thiên văn ở Hawai là kính Pan-STARRS của viện Thiên văn học thuộc đại học Hawaiʻi trên đài quan sát Haleakalā, Maui và kính W.M. Keck trên đỉnh Maunakea, một nhóm các nhà nghiên cứu đang tiến hành cuộc khảo sát nhanh của Thí nghiệm supernova trẻ (Young Supernova Experiment) đã quan sát sao siêu khổng lồ đỏ này trong giai đoạn 130 ngày trước khi nó phát nổ.
Wynn Jacobson-Galán là một thành viên nghiên cứu sau đại học của NSF tại UC Berkeley và là tác giả chính của nghiên cứu cho biết: “Đây là một bước đột phá trong hiểu biết của chúng ta về những gì mà các sao khổng lồ làm trước khi chết. Việc phát hiện trực tiếp hoạt động tiền supernova với một sao siêu khổng lồ đỏ là điều chưa từng được quan sát trước đây trong một supernova loại II thông thường. Lần đầu tiên, chúng tôi đã chứng kiến một sao siêu khổng lồ đỏ phát nổ!".
Khám phá được công bố trên Astrophysical Journal số ra ngày 6 tháng 1 năm 2022.
Pan-STARRS lần đầu tiên phát hiện ra sao siêu khổng lồ đã diệt vong này vào mùa hè năm 2020, thông qua lượng ánh sáng đỏ khổng lồ phát ra từ nó. Vài tháng sau, vào mùa thu năm 2020, một supernova đã thắp sáng bầu trời. Nhóm nghiên cứu đã nhanh chóng chụp được tia sáng cực mạnh đó và thu được quang phổ đầu tiên của vụ nổ năng lượng này - được đặt tên là supernova 2020tlf, hay SN 2020tlf - bằng cách sử dụng máy đo phổ hình ảnh độ phân giải thấp (LRIS) của đài quan sát Keck. Dữ liệu cho thấy bằng chứng trực tiếp về bụi sao dày đặc bao quanh ngôi sao tại thời điểm vụ nổ, có khả năng giống chính xác với loại bụi mà Pan-STARRS đã chụp được hồi đầu hè.
Tác giả cấp cao Raffaella Margutti, phó giáo sư thiên văn học tại UC Berkeley, cho biết: “Keck là công cụ cung cấp bằng chứng trực tiếp về việc một sao khổng lồ tạo nên một vụ nổ supernova. Nó giống như xem một quả bom hẹn giờ đang tích tắc. Cho đến nay, chúng tôi chưa bao giờ chứng kiến một hoạt động mạnh mẽ như vậy từ một sao siêu khổng lồ đỏ đang chết dần, nơi chúng tôi thấy nó tạo ra phát xạ sáng như vậy, sau đó sụp đổ và nổ tung".
Nhóm nghiên cứu tiếp tục theo dõi SN 2020tlf sau vụ nổ; dựa trên dữ liệu thu được từ máy đo quang phổ đa vật thể và hình ảnh DEep của đài quan sát Keck (DEIMOS) và máy đo quang phổ Echellette hồng ngoại gần (NIRES), họ đã xác định được sao siêu khổng lồ đỏ tiền thân của SN 2020tlf, nằm trong thiên hà NGC 5731 cách chúng ta khoảng 120 triệu năm ánh sáng và nặng gấp 10 lần Mặt Trời. Khám phá này thách thức những ý tưởng trước đây về cách mà các sao siêu khổng lồ đỏ phát triển ngay trước khi nổ tung. Trước đó, tất cả các sao loại này được quan sát đều tương đối tĩnh lặng: chúng không cho thấy bằng chứng về các vụ phun trào dữ dội hoặc phát ra ánh sáng giống như SN 2020tlf. Tuy nhiên, phát hiện mới lạ này cho thấy rằng ít nhất một số sao trong số đó phải trải qua những thay đổi đáng kể ở cấu trúc bên trong của chúng, dẫn đến những khoảnh khắc phóng khí hỗn loạn trước khi chúng sụp đổ.
Margutti và Jacobson-Galán đã thực hiện hầu hết các nghiên cứu trong thời gian của họ tại đại học Northwestern, với Margutti là phó giáo sư Vật lý và Thiên văn học và là thành viên của CIERA (Trung tâm Khám phá và Nghiên cứu Liên ngành trong Vật lý Thiên văn), và Jacobson-Galán là sinh viên đã tốt nghiệp.
Khám phá của nhóm nghiên cứu mở đường cho các cuộc khảo sát nhanh như YSE nhằm tìm kiếm bức xạ phát sáng từ các sao siêu khổng lồ đỏ và thu thập thêm bằng chứng cho thấy hành vi đó có thể báo hiệu sự tàn lụi sắp xảy ra.
Jacobson-Galán nói: “Tôi vui mừng nhất là tất cả những 'ẩn số' mới đã được mở khóa bởi khám phá này. Việc phát hiện thêm các sự kiện như SN 2020tlf sẽ tác động đáng kể đến cách chúng ta xác định những ngày tháng cuối cùng trong vòng đời một sao, hợp nhất các quan sát và lý thuyết trong nhiệm vụ giải mã bí ẩn về cách mà các sao khổng lồ trải qua những giây phút cuối cùng của cuộc đời".
Minh Phương
Theo Phys.org
