Mặt Trời của chúng ta là một trường hợp hơi khác thường trong quần thể sao nói chung. Chúng ta thường nghĩ các sao là những đối tượng đơn độc lang thang trong thiên hà, nhưng khoảng một nửa số sao kiểu Mặt Trời có ít nhất một ngôi sao đồng hành. Nếu có hai sao, đó được gọi là một hệ sao kép. Trong nhiều trường hợp, thậm chí còn có nhiều ngôi sao hơn nữa cùng liên kết với nhau bởi hấp dẫn.
Từ lâu, các nhà thiên văn đã tranh luận vì sao điều này xảy ra. Một bài báo mới hiện có trên máy chủ tiền in arXiv của Ryan Sponzilli, nghiên cứu sinh tại Đại học Illinois, đưa ra lập luận ủng hộ một cơ chế gọi là phân mảnh đĩa.
Phân mảnh đĩa là một trong hai giả thuyết được chú ý nhằm giải thích cách mà các sao đồng hành hình thành gần nhau. Trong kịch bản này, một đĩa khí và bụi lớn bao quanh một sao mới sinh trở nên bất ổn và vỡ ra thành nhiều phần. Cuối cùng, phần vật chất đó kết tụ lại thành một sao khác ngay bên cạnh. Điểm quan trọng của nghiên cứu là: vì các sao này hình thành từ cùng một đĩa đang quay, nên trục tự quay của chúng cũng thẳng hàng.
Giả thuyết thứ hai được gọi là phân mảnh do nhiễu loạn. Trong kịch bản này, nhiễu loạn trong cùng một đám mây khiến nó vỡ thành hai khối nằm cách xa nhau, rồi mỗi khối tự hình thành sao riêng.
Trong hàng chục nghìn năm, hai sao bị kéo lại gần nhau thông qua các tương tác hấp dẫn phức tạp, cuối cùng trở thành một cặp sao. Điểm then chốt là vì chúng hình thành từ các quá trình hỗn loạn riêng biệt, hướng quay và quỹ đạo cuối cùng của chúng sẽ có xu hướng phân bố ngẫu nhiên.
Để xác định cơ chế nào chiếm ưu thế trong quá trình hình thành hệ sao kép, nhóm nghiên cứu đã xem xét 51 hệ sao kép rất trẻ. Vì các sao trẻ này còn bị bao phủ bởi khí và bụi, chúng ta không thể quan sát trực tiếp chuyển động tự quay của chúng. Tuy nhiên, ta có thể đo hướng của các dòng khí bị phóng ra từ hai cực của chúng.
Việc này cần dữ liệu từ Tổ hợp kính milimet/hạ-milimet Atacama (ALMA), vốn có thể lần theo carbon monoxide hiện diện trong các dòng tia này. Nhờ đó, nhóm nghiên cứu dùng các dòng vật chất phóng ra như một đại lượng thay thế cho động lượng góc của hệ. Nếu các dòng tia phóng ra song song với nhau và vuông góc với đường nối giữa hai sao, điều đó cho thấy chúng đang quay đồng bộ, qua đó ủng hộ giả thuyết phân mảnh đĩa.
Ngược lại, nếu các dòng tia chỉ theo những hướng dường như ngẫu nhiên, đó sẽ là bằng chứng mạnh cho giả thuyết phân mảnh do nhiễu loạn.
Trong phân tích của họ, dữ liệu nghiêng rõ rệt về giả thuyết phân mảnh đĩa. Nhóm tìm thấy 42 dòng vật chất phóng ra trong 51 cặp sao kép, thuộc 38 hệ.
Sau một số mô phỏng thống kê, họ tìm được một kịch bản cho thấy khoảng 94% các dòng vật chất phóng ra về bản chất là “vuông góc” với mặt phẳng giữa hai sao. Như các tác giả viết: “Dựa trên phân tích này, chúng tôi cho rằng phân mảnh đĩa là con đường hình thành chủ đạo của các hệ tiền sao có sao đồng hành gần.”
Kết luận này có vẻ khá rõ ràng, nhưng vẫn có thể có lập luận theo hướng ngược lại. Chẳng hạn, liệu có khả năng các hệ sao kép hình thành do nhiễu loạn, trong lúc từ từ di chuyển lại gần nhau, cũng dần dần làm cho trục quay của chúng thẳng hàng hay không?
Theo các tác giả, khả năng đó gần như bằng không. Việc các dòng tia thẳng hàng xuất hiện phổ biến đến mức này cho thấy các sao nhiều khả năng đã hình thành ngay tại chỗ, thay vì hình thành xa nhau rồi di chuyển lại gần.
Nghiên cứu này không chỉ giúp giải một bí ẩn về quá trình ra đời của sao. Nó còn đặt nền tảng cho cách chúng ta hiểu cơ học quỹ đạo của các hệ sao trẻ. Và có lẽ quan trọng hơn, nó giúp chúng ta hiểu rõ hơn cách cơ học quỹ đạo đó ảnh hưởng đến các hệ hành tinh sẽ hình thành sau này trong những hệ sao phổ biến như vậy.
Nguyễn Đình Nam
Theo Phys.org
