Các nhà thiên văn học đã sử dụng Kính thiên văn Không gian James Webb để tìm hiểu liệu ngôi sao xa nhất từng được xác định trong vũ trụ có thực sự là một ngôi sao hay không.
Ngôi sao xa nhất từng được phát hiện có thể đã bị phân loại sai: thay vì là một ngôi sao đơn lẻ, đối tượng - được đặt biệt danh là Earendel từ tiếng Anh cổ mang nghĩa “ngôi sao ban mai” - có thể là một cụm sao, tức là một nhóm các ngôi sao liên kết với nhau bởi lực hấp dẫn và được hình thành từ cùng một đám mây khí và bụi, theo nghiên cứu mới cho biết.
Earendel được phát hiện bởi Kính thiên văn Không gian Hubble vào năm 2022, ban đầu được cho là một sao hình thành chỉ 900 triệu năm sau Big Bang, khi vũ trụ chỉ mới đạt khoảng 7% độ tuổi hiện tại.
Hiện nay, trong một nghiên cứu được công bố ngày 31 tháng 7 trên The Astrophysical Journal, các nhà thiên văn đã sử dụng Kính thiên văn Không gian James Webb (JWST) để quan sát lại Earendel. Mục tiêu của họ là kiểm tra khả năng rằng Earendel có thể không phải là một sao đơn hay hệ kép như từng được cho là trước đây, mà thay vào đó là một cụm sao nhỏ.
Họ phát hiện rằng các đặc trưng phổ của Earendel phù hợp với các cụm sao cầu thường được tìm thấy trong vùng vũ trụ lân cận.
“Điều khiến chúng tôi yên tâm là nếu Earendel thực sự là một cụm sao, thì điều đó không phải là điều bất ngờ!” - Massimo Pascale, nghiên cứu sinh tiến sĩ ngành thiên văn tại Đại học California, Berkeley và là tác giả chính của nghiên cứu, chia sẻ qua email với Live Science. “[Nghiên cứu] này cho thấy rằng Earendel dường như khá phù hợp với hình ảnh mà chúng ta kỳ vọng ở các cụm sao cầu trong vũ trụ sơ khai, trong khoảng 1 tỷ năm đầu tiên sau Big Bang.”
Vật thể cổ xưa
Earendel, nằm trong thiên hà Sunrise Arc cách chúng ta 12,9 tỷ năm ánh sáng, được phát hiện nhờ hiện tượng được gọi là thấu kính hấp dẫn - một hiện tượng được tiên đoán bởi thuyết tương đối rộng của Einstein, trong đó các vật thể có khối lượng lớn bẻ cong ánh sáng đi qua gần chúng. Một cụm thiên hà khổng lồ nằm giữa Trái Đất và Earendel lớn đến mức nó làm biến dạng kết cấu không-thời gian, tạo ra hiệu ứng phóng đại cho phép các nhà thiên văn quan sát ánh sáng của Earendel, vốn quá mờ để có thể phát hiện theo cách thông thường. Các nghiên cứu chỉ ra rằng ngôi sao này có vẻ như được phóng đại gấp ít nhất 4.000 lần do hiệu ứng thấu kính hấp dẫn này.
Độ phóng đại này mạnh nhất ở một số vùng đặc biệt. Nếu một ngôi sao hoặc thiên hà nằm gần một trong những vùng đó, hình ảnh của nó có thể được phóng đại hàng trăm đến hàng nghìn lần so với bình thường. Earendel dường như nằm rất gần một trong những điểm lý tưởng này, đó là lý do tại sao chúng ta có thể nhìn thấy nó dù khoảng cách gần 12,9 tỷ năm ánh sáng. Những sự sắp xếp gần như hoàn hảo như vậy cực kỳ hiếm, điều này khiến các nhà thiên văn cân nhắc những lời giải thích thay thế ngoài khả năng là một ngôi sao đơn lẻ.
Sau khi phát hiện Earendel năm 2022, các nhà nghiên cứu đã phân tích đối tượng này bằng dữ liệu từ camera cận hồng ngoại (NIRCam) của JWST. Bằng cách phân tích độ sáng và kích thước của nó, họ kết luận rằng Earendel có thể là một sao khổng lồ, nóng gấp hơn hai lần Mặt Trời và có độ sáng khoảng một triệu lần so với Mặt Trời. Trong màu sắc của Earendel, các nhà thiên văn cũng phát hiện dấu hiệu về sự hiện diện của một sao đồng hành mát hơn.
“Sau một số nghiên cứu gần đây cho thấy Earendel thực sự có thể (nhưng không nhất thiết) lớn hơn nhiều so với ước tính trước đó, tôi tin rằng việc xem xét kịch bản cụm sao là điều đáng làm,” Pascale nói.
Sử dụng dữ liệu quang phổ học từ thiết bị phổ NIRSpec của JWST, Pascale và nhóm nghiên cứu đã phân tích tuổi và thành phần kim loại của Earendel.
Họ nghiên cứu phổ liên tục của Earendel, biểu thị sự thay đổi độ sáng của nó trên các bước sóng khác nhau. Mô hình này phù hợp với những gì được kỳ vọng từ một cụm sao, hoặc ít nhất là ánh sáng tổng hợp từ nhiều ngôi sao.
“Phần mới trong nghiên cứu này là phổ NIRSpec, cung cấp nhiều chi tiết hơn so với dữ liệu từ NIRCam,” Brian Welch, nhà nghiên cứu sau tiến sĩ tại Đại học Maryland và Trung tâm Không gian Goddard của NASA - người đứng đầu nhóm phát hiện Earendel năm 2022 nhưng không tham gia nghiên cứu mới - cho biết.
Tuy nhiên, Welch không cho rằng dữ liệu mới đủ để xác nhận Earendel là một cụm sao.
“Với độ phân giải phổ của thiết bị NIRSpec, phổ của một ngôi sao bị thấu kính và một cụm sao có thể rất giống nhau. Do đó, điều quan trọng là cần xem xét toàn bộ dữ liệu sẵn có khi phân loại các đối tượng có độ phóng đại lớn như thế này,” Welch trả lời qua email với Live Science.
Các nhà nghiên cứu chỉ mới khám phá khả năng Earendel là một “cụm sao”. Họ chưa kiểm tra tất cả các kịch bản có thể xảy ra, chẳng hạn như Earendel là một ngôi sao đơn lẻ hoặc một hệ sao nhiều thành phần, và so sánh các kết quả.
“Phép đo này là chính xác và được thực hiện cẩn thận, nhưng vì chỉ xem xét giả thuyết cụm sao nên nghiên cứu bị giới hạn về phạm vi,” Welch lưu ý.
Cả Pascale và Welch đều đồng tình rằng chìa khóa để giải mã bí ẩn về Earendel là theo dõi các hiệu ứng vi thấu kính hấp dẫn. Vi thấu kính là một dạng của thấu kính hấp dẫn, trong đó một vật thể đi qua tạm thời làm biến dạng hình ảnh của một vật thể xa hơn khi vật thể gần đó thẳng hàng phía trước. Những thay đổi độ sáng do vi thấu kính thường dễ nhận thấy hơn khi các đối tượng ở xa là nhỏ - như các ngôi sao, hành tinh hoặc hệ sao - thay vì các cụm sao lớn hơn nhiều.
“Chúng tôi rất háo hức chờ xem các kế hoạch của JWST trong tương lai sẽ làm gì để tiếp tục làm sáng tỏ bản chất của Earendel,” Pascale nói.
Lyr
Theo Livescience
