Hậu quả của một supernova, tức một vụ nổ sao, thường là một đám mây khí nóng mờ dần một cách chậm chạp. Vì vậy, khi các nhà thiên văn học hướng Đài quan sát tia X Chandra của NASA về phía thiên hà Messier 83 (M83) ở gần, họ không mong đợi sẽ tìm thấy một quần thể tàn dư supernova, hay phần vật chất còn lại từ những vụ nổ này, vốn có độ sáng thay đổi mạnh. Các kết quả mới đã được trình bày tại cuộc họp của Hiệp hội Thiên văn học Hoa Kỳ ở Pasadena, California, và được công bố trên The Astrophysical Journal.
Thiên hà M83, nằm cách Trái Đất khoảng 15 triệu năm ánh sáng, đang tạo sao với tốc độ cao. Các nhà nghiên cứu đã phân tích 14 năm dữ liệu Chandra của thiên hà này, trải dài từ năm 2000 đến năm 2014.
Sử dụng bộ dữ liệu đồ sộ này, các nhà nghiên cứu đã phát hiện những biến đổi đáng ngạc nhiên về độ sáng tia X của các nguồn trước đây được xác định là tàn dư supernova. Họ dự đoán rằng các tàn dư supernova có tuổi đời khoảng trên một thế kỷ sẽ mờ dần dần trong tia X, chứ không thay đổi độ sáng một cách mạnh mẽ.
Những thay đổi độ sáng ngoài dự đoán
Nhóm nghiên cứu phát hiện rằng khoảng một nửa trong số 22 nguồn tia X liên quan đến các tàn dư supernova trong mẫu khảo sát của họ đã cho thấy những thay đổi về độ sáng tia X trong khoảng thời gian quan sát kéo dài 14 năm - một kết quả hoàn toàn nằm ngoài dự đoán.
"Chúng tôi biết rằng các nguồn tia X riêng lẻ có thể biến đổi mạnh," Andrea Prestwich thuộc Đại học Công giáo Hoa Kỳ, người đứng đầu nghiên cứu, cho biết. "Nhưng việc phát hiện rằng có quá nhiều tàn dư supernova hành xử theo cách này thực sự là một điều bất ngờ. Có điều gì đó bất thường đang diễn ra trong những thiên thể này. Xác định nguyên nhân chính xác vẫn là một thách thức, vì khoảng cách tới M83 hạn chế mức độ chi tiết mà chúng tôi có thể quan sát được."
Một trong 22 tàn dư supernova biến thiên có lời giải thích khá rõ ràng: SN 1957D, phần vật chất còn lại từ một supernova được quan sát lần đầu cách đây gần 70 năm, đang va chạm với vật chất bao quanh vị trí vụ nổ, tạo ra các đợt bùng phát tia X được quan sát thấy. Tuy nhiên, điều này không thể giải thích cho phần còn lại của mẫu nghiên cứu. Không có bằng chứng nào cho thấy cả 22 tàn dư đều được hình thành trong vòng một thế kỷ gần đây. Chắc hẳn phải có một cơ chế khác gây ra sự biến thiên này.
Lời giải thích khả dĩ nhất là nhóm nghiên cứu đã phát hiện ra một quần thể các ngôi sao sống sót sau khi ngôi sao đồng hành của chúng bị phá hủy trong một vụ nổ supernova. Trong kịch bản này, mỗi nguồn tia X biến thiên ban đầu là một cặp sao khối lượng lớn có quỹ đạo quanh nhau. Ngôi sao có khối lượng lớn hơn sụp đổ và phát nổ thành một supernova, để lại phía sau một lỗ đen hoặc một sao neutron siêu đặc. Ngôi sao đồng hành của nó vẫn sống sót.
Hình ảnh tổ hợp của thiên hà M51 kết hợp dữ liệu từ Đài quan sát tia X Chandra của NASA (màu tím) với dữ liệu khả kiến (đỏ, lục và lam) được ghi nhận bằng các kính thiên văn mặt đất bởi một nhóm các nhà nhiếp ảnh thiên văn. Một số lượng lớn bất ngờ các nguồn tia X liên quan đến các tàn dư supernova trong M51 cho thấy những thay đổi lớn về độ sáng, tương tự như hành vi được quan sát trong M83. Nguồn: Dữ liệu tia X Chandra: NASA/CXC/SAO; Dữ liệu khả kiến từ kính thiên văn mặt đất/Astrobin: C. Björk, T. Bähnck, S. Donoso, J. Gentillon, A. và D. Grelin, S. Guberski, R. Hall, T. Heuberger, J. Jacks, P. Kent, Br. Meyers, W. Ostling, N. Puig, T. Schaeffer, F. Schöfbänker, M. Vasilev
Một ngôi sao sống sót?
"Có thể thiên hà này chứa một tập hợp các tàn dư supernova mà trong đó một ngôi sao khối lượng lớn sống sót sau vụ nổ supernova và trở thành một phần của hệ có quỹ đạo với một lỗ đen hoặc sao neutron," đồng tác giả Michael McCollough thuộc Trung tâm Vật lý Thiên văn Harvard & Smithsonian (CfA) cho biết. "Sau đó, sao neutron hoặc lỗ đen có thể bắt đầu kéo vật chất từ bề mặt của ngôi sao khối lượng lớn đó."
Vật chất đang rơi vào này bị nung nóng tới nhiệt độ cực cao bởi lực hấp dẫn mãnh liệt, tạo ra tia X mà Chandra phát hiện được. Những hệ như vậy, được gọi là các hệ tia X kép khối lượng lớn (HMXB), nằm trong số những nguồn tia X biến thiên mạnh nhất trong vũ trụ. Các nhà nghiên cứu cho rằng chúng có thể là nguyên nhân của những biến thiên được quan sát thấy trong các tàn dư supernova của M83.
Các nhà thiên văn học đã biết đến các HMXB từ nhiều thập kỷ nay, nhưng điểm khác biệt của nhóm thiên thể trong M83 là mối liên hệ của chúng với các tàn dư supernova. Trước đây, chỉ có một số ít tàn dư supernova liên quan đến các HMXB được xác định trong các quan sát của tất cả các thiên hà. Việc tìm thấy hơn 20 ứng viên mạnh chỉ trong một thiên hà là điều chưa từng có tiền lệ.
Các tác giả phát hiện rằng các tàn dư supernova biến thiên nằm trong những vùng có mật độ sao khối lượng lớn cao hơn các khu vực khác của thiên hà, làm tăng khả năng tồn tại mối liên hệ giữa các tàn dư này và các HMXB.
Một lời giải thích khác
Còn có một khả năng khác: thay vì hút vật chất từ một ngôi sao đồng hành, lỗ đen hoặc sao neutron có thể đang tái thu giữ một phần vật chất đã bị thổi văng ra ngoài trong vụ nổ ban đầu.
"Đây có thể là một ví dụ về sự tái chế trong vũ trụ, nơi vật chất từ vụ nổ rơi trở lại chính thiên thể mà vụ nổ supernova đã tạo ra," đồng tác giả Roy Kilgard thuộc Đại học Wesleyan cho biết. "Và hoàn toàn có thể cả hai lời giải thích đều đang cùng diễn ra - các nguồn khác nhau trong mẫu nghiên cứu của chúng tôi có thể có những nguồn gốc khác nhau."
Những kết quả này không chỉ riêng có ở M83. Một nghiên cứu tiếp theo về thiên hà tạo sao ở gần là M51 do Zoe Hoiland thuộc Đại học Vassar và Kilgard thực hiện đã phát hiện một quần thể tương tự gồm các nguồn tia X biến thiên liên quan đến các tàn dư supernova, cho thấy rằng những hệ như vậy có thể là một đặc điểm của các thiên hà đang trải qua hoạt động tạo sao mạnh mẽ.
Dữ liệu Chandra về M83 bắt đầu với các quan sát đơn lẻ vào các năm 2000 và 2001, tiếp theo là 10 quan sát từ năm 2010 đến 2011 và thêm một quan sát nữa vào năm 2014.
R.T
Theo Phys.org
