Một gia đình khổng lồ các ngôi sao mới sinh dường như hiện đang đi theo những con đường riêng biệt: Hơn 1.000 ngôi sao đang vội vã rời khỏi tổ của chúng trong thời gian kỷ lục, dẫn đến một điều gì đó bí ẩn về nguyên nhân của sự tan rã của các ngôi sao này.
Thông thường, phải mất vài trăm triệu năm để một cụm các sao được sinh ra cùng nhau mới tan rã, dần dần bị đẩy ra xa nhau bởi lực thủy triều hấp dẫn từ nhau và các vật thể khác đi qua. Ví dụ, cụm sao Pleiades nổi tiếng (Messier 45), là một nhóm sao trẻ gần nhau có thể nhìn thấy bằng mắt thường trong chòm sao Taurus, the Bull, có tuổi đời là 100 triệu năm, trong khi Cụm sao Beehive (Messier 44) trong Cancer, the Crab, có tuổi đời khoảng 600 triệu năm (và phân tán hơn một chút so với Pleiades).
Tuy nhiên, một cụm sao mở trẻ mới được phát hiện, chỉ mới 20 triệu năm tuổi, dường như lại tuân theo một bộ quy tắc khác. Sử dụng dữ liệu từ sứ mệnh Gaia của Cơ quan Vũ trụ Châu Âu, đo vị trí, vận tốc, khoảng cách và quang phổ của khoảng hai tỷ ngôi sao, các nhà thiên văn học do Dylan Huson của Đại học Tây Washington đứng đầu đã phát hiện ra rằng hàng nghìn ngôi sao của cụm sao mới này đều di chuyển quá nhanh để có thể ở cùng nhau.
Cụm sao này cách khoảng 650 năm ánh sáng trong Ophiuchus, Người mang rắn, và được đặt biệt danh là "Ophion" để vinh danh chòm sao cư trú của nó.
"Ophion chứa đầy những ngôi sao sắp lao ra khắp thiên hà một cách hoàn toàn ngẫu nhiên, theo cách không phối hợp, điều này hoàn toàn không giống với những gì chúng ta mong đợi ở một gia đình lớn như vậy", Huson cho biết trong tuyên bố. "Hơn nữa, điều này sẽ xảy ra trong một phần nhỏ thời gian mà một gia đình lớn như vậy thường mất để phân tán. Nó không giống bất kỳ gia đình sao nào khác mà chúng ta từng thấy trước đây."
Phạm vi vận tốc trong một cụm sao được gọi là độ phân tán vận tốc của nó. Bởi vì các đám mây phân tử khổng lồ tạo ra các ngôi sao lạnh, chúng có năng lượng thấp và do đó độ phân tán vận tốc thấp chỉ vài kilômét mỗi giây, mà chúng sẽ truyền cho các ngôi sao non trẻ của chúng.
Điều này có nghĩa là các ngôi sao trong một cụm sao đều phải di chuyển với vận tốc thấp ít nhiều giống nhau, cho phép lực hấp dẫn chung của chúng giữ chúng lâu hơn. Độ phân tán vận tốc trong Ophion, được Gaia đo lường, lớn hơn nhiều so với bình thường, ở mức 20 kilômét (12,4 dặm) mỗi giây. Nói cách khác, sự khác biệt giữa các ngôi sao chuyển động nhanh nhất và chậm nhất trong Ophion là 20 kilômét mỗi giây.
Với độ phân tán vận tốc cao như vậy, Ophion sẽ nhanh chóng bay ra xa nhau. Lý do duy nhất khiến chúng ta nhìn thấy những ngôi sao này cùng nhau vào lúc này là vì chúng còn rất trẻ và chúng vẫn chưa có cơ hội tách ra.
"Chúng tôi không biết chính xác điều gì đã xảy ra với gia đình ngôi sao này khiến chúng hoạt động theo cách này, vì chúng tôi chưa từng tìm thấy bất cứ thứ gì giống như vậy trước đây", Marina Kounkel thuộc Đại học North Florida, một thành viên của nhóm khám phá, cho biết. "Đó là một bí ẩn".
Sự tồn tại của Ophion không phải là điều hiển nhiên ngay lập tức. Nhóm của Huson và Kounkel đang thử nghiệm một mô hình mới, có tên là Gaia Net, có thể đồng thời phân tích quang phổ của hàng triệu ngôi sao, khi cụm sao này xuất hiện trong dữ liệu.
"Đây là lần đầu tiên có thể sử dụng một mô hình như thế này cho các ngôi sao trẻ, do khối lượng lớn và chất lượng cao của các quan sát quang phổ cần thiết để thực hiện mô hình này", Johannes Sahlmann, nhà khoa học dự án Gaia tại Cơ quan Vũ trụ Châu Âu cho biết. "Vẫn còn khá mới để có thể đo lường đáng tin cậy các thông số của nhiều ngôi sao trẻ cùng một lúc. Kiểu quan sát hàng loạt này là một trong những thành tựu thực sự chưa từng có của Gaia".
Các câu chuyện liên quan:
— Một 'ngôi sao chạy trốn' có thể cứu Trái đất khỏi sự tuyệt chủng sau một tỷ năm nữa. Đây là cách thực hiện.
— Manh mối mới xuất hiện về quá khứ bạo lực của ngôi sao mất tích Zeta Ophiuchi
— Tàu vũ trụ Gaia: Lập bản đồ Dải Ngân hà theo cách chưa từng có
Vậy, điều gì đã khiến các ngôi sao của Ophion tự đi theo quỹ đạo riêng của chúng một cách vội vã như vậy ngay từ khi chúng mới hình thành? Trong khi xem xét dữ liệu Gaia, nhóm của Huson đã nhận thấy một số khoảng trống lớn — các khu vực mà sóng xung kích siêu tân tinh đã thổi bay khí giữa các vì sao. Các nhà thiên văn học gọi những khoảng trống này là "siêu bong bóng", và có khả năng phần lớn khí còn lại trong Ophion sau khi các ngôi sao của nó hình thành cũng bị sóng nổ của các vì sao thổi bay. Việc mất quá nhiều khối lượng dưới dạng tất cả lượng khí này đã tạo ra hiệu ứng phản hồi, làm lỏng lẻo sự kìm kẹp của cụm sao đối với các ngôi sao của nó. Hiệu ứng thủy triều hấp dẫn từ khối lượng của các vùng hình thành sao lân cận cũng có thể đã thúc đẩy thêm các ngôi sao của Ophion.
"Thật thú vị, nó thay đổi cách chúng ta nghĩ về các nhóm sao và cách tìm chúng. Các phương pháp trước đây xác định các nhóm sao bằng cách nhóm các ngôi sao chuyển động tương tự lại với nhau, nhưng Ophion đã lọt qua lưới này", Kounkel cho biết. "Nếu không có các tập dữ liệu khổng lồ, chất lượng cao từ Gaia và các mô hình mới mà chúng ta hiện có thể sử dụng để đào sâu vào những dữ liệu này, chúng ta có thể đã bỏ lỡ một phần lớn của câu đố về các vì sao."
Vì vậy, có thể có những gia đình sao trẻ khác đang tách ra. Quan điểm của chúng ta về Ophion giống như một bức ảnh chụp một thanh niên trưởng thành ngay trước khi họ rời nhà để vào đại học. Họ đang trên đường, nhưng vẫn chưa rời khỏi tổ. Không ai biết những ngôi sao này sẽ đi đến đâu, nhưng chúng sẽ lang thang một mình trên các làn đường không gian.
Nhóm của Huson trình bày mô hình Gaia Net trong một nghiên cứu mới, được công bố vào ngày 25 tháng 4 trên Tạp chí Vật lý thiên văn.
Thông thường, phải mất vài trăm triệu năm để một cụm các sao được sinh ra cùng nhau mới tan rã, dần dần bị đẩy ra xa nhau bởi lực thủy triều hấp dẫn từ nhau và các vật thể khác đi qua. Ví dụ, cụm sao Pleiades nổi tiếng (Messier 45), là một nhóm sao trẻ gần nhau có thể nhìn thấy bằng mắt thường trong chòm sao Taurus, the Bull, có tuổi đời là 100 triệu năm, trong khi Cụm sao Beehive (Messier 44) trong Cancer, the Crab, có tuổi đời khoảng 600 triệu năm (và phân tán hơn một chút so với Pleiades).
Tuy nhiên, một cụm sao mở trẻ mới được phát hiện, chỉ mới 20 triệu năm tuổi, dường như lại tuân theo một bộ quy tắc khác. Sử dụng dữ liệu từ sứ mệnh Gaia của Cơ quan Vũ trụ Châu Âu, đo vị trí, vận tốc, khoảng cách và quang phổ của khoảng hai tỷ ngôi sao, các nhà thiên văn học do Dylan Huson của Đại học Tây Washington đứng đầu đã phát hiện ra rằng hàng nghìn ngôi sao của cụm sao mới này đều di chuyển quá nhanh để có thể ở cùng nhau.
Cụm sao này cách khoảng 650 năm ánh sáng trong Ophiuchus, Người mang rắn, và được đặt biệt danh là "Ophion" để vinh danh chòm sao cư trú của nó.
"Ophion chứa đầy những ngôi sao sắp lao ra khắp thiên hà một cách hoàn toàn ngẫu nhiên, theo cách không phối hợp, điều này hoàn toàn không giống với những gì chúng ta mong đợi ở một gia đình lớn như vậy", Huson cho biết trong tuyên bố. "Hơn nữa, điều này sẽ xảy ra trong một phần nhỏ thời gian mà một gia đình lớn như vậy thường mất để phân tán. Nó không giống bất kỳ gia đình sao nào khác mà chúng ta từng thấy trước đây."
Phạm vi vận tốc trong một cụm sao được gọi là độ phân tán vận tốc của nó. Bởi vì các đám mây phân tử khổng lồ tạo ra các ngôi sao lạnh, chúng có năng lượng thấp và do đó độ phân tán vận tốc thấp chỉ vài kilômét mỗi giây, mà chúng sẽ truyền cho các ngôi sao non trẻ của chúng.
Điều này có nghĩa là các ngôi sao trong một cụm sao đều phải di chuyển với vận tốc thấp ít nhiều giống nhau, cho phép lực hấp dẫn chung của chúng giữ chúng lâu hơn. Độ phân tán vận tốc trong Ophion, được Gaia đo lường, lớn hơn nhiều so với bình thường, ở mức 20 kilômét (12,4 dặm) mỗi giây. Nói cách khác, sự khác biệt giữa các ngôi sao chuyển động nhanh nhất và chậm nhất trong Ophion là 20 kilômét mỗi giây.
Với độ phân tán vận tốc cao như vậy, Ophion sẽ nhanh chóng bay ra xa nhau. Lý do duy nhất khiến chúng ta nhìn thấy những ngôi sao này cùng nhau vào lúc này là vì chúng còn rất trẻ và chúng vẫn chưa có cơ hội tách ra.
"Chúng tôi không biết chính xác điều gì đã xảy ra với gia đình ngôi sao này khiến chúng hoạt động theo cách này, vì chúng tôi chưa từng tìm thấy bất cứ thứ gì giống như vậy trước đây", Marina Kounkel thuộc Đại học North Florida, một thành viên của nhóm khám phá, cho biết. "Đó là một bí ẩn".
Sự tồn tại của Ophion không phải là điều hiển nhiên ngay lập tức. Nhóm của Huson và Kounkel đang thử nghiệm một mô hình mới, có tên là Gaia Net, có thể đồng thời phân tích quang phổ của hàng triệu ngôi sao, khi cụm sao này xuất hiện trong dữ liệu.
"Đây là lần đầu tiên có thể sử dụng một mô hình như thế này cho các ngôi sao trẻ, do khối lượng lớn và chất lượng cao của các quan sát quang phổ cần thiết để thực hiện mô hình này", Johannes Sahlmann, nhà khoa học dự án Gaia tại Cơ quan Vũ trụ Châu Âu cho biết. "Vẫn còn khá mới để có thể đo lường đáng tin cậy các thông số của nhiều ngôi sao trẻ cùng một lúc. Kiểu quan sát hàng loạt này là một trong những thành tựu thực sự chưa từng có của Gaia".
Các câu chuyện liên quan:
— Một 'ngôi sao chạy trốn' có thể cứu Trái đất khỏi sự tuyệt chủng sau một tỷ năm nữa. Đây là cách thực hiện.
— Manh mối mới xuất hiện về quá khứ bạo lực của ngôi sao mất tích Zeta Ophiuchi
— Tàu vũ trụ Gaia: Lập bản đồ Dải Ngân hà theo cách chưa từng có
Vậy, điều gì đã khiến các ngôi sao của Ophion tự đi theo quỹ đạo riêng của chúng một cách vội vã như vậy ngay từ khi chúng mới hình thành? Trong khi xem xét dữ liệu Gaia, nhóm của Huson đã nhận thấy một số khoảng trống lớn — các khu vực mà sóng xung kích siêu tân tinh đã thổi bay khí giữa các vì sao. Các nhà thiên văn học gọi những khoảng trống này là "siêu bong bóng", và có khả năng phần lớn khí còn lại trong Ophion sau khi các ngôi sao của nó hình thành cũng bị sóng nổ của các vì sao thổi bay. Việc mất quá nhiều khối lượng dưới dạng tất cả lượng khí này đã tạo ra hiệu ứng phản hồi, làm lỏng lẻo sự kìm kẹp của cụm sao đối với các ngôi sao của nó. Hiệu ứng thủy triều hấp dẫn từ khối lượng của các vùng hình thành sao lân cận cũng có thể đã thúc đẩy thêm các ngôi sao của Ophion.
"Thật thú vị, nó thay đổi cách chúng ta nghĩ về các nhóm sao và cách tìm chúng. Các phương pháp trước đây xác định các nhóm sao bằng cách nhóm các ngôi sao chuyển động tương tự lại với nhau, nhưng Ophion đã lọt qua lưới này", Kounkel cho biết. "Nếu không có các tập dữ liệu khổng lồ, chất lượng cao từ Gaia và các mô hình mới mà chúng ta hiện có thể sử dụng để đào sâu vào những dữ liệu này, chúng ta có thể đã bỏ lỡ một phần lớn của câu đố về các vì sao."
Vì vậy, có thể có những gia đình sao trẻ khác đang tách ra. Quan điểm của chúng ta về Ophion giống như một bức ảnh chụp một thanh niên trưởng thành ngay trước khi họ rời nhà để vào đại học. Họ đang trên đường, nhưng vẫn chưa rời khỏi tổ. Không ai biết những ngôi sao này sẽ đi đến đâu, nhưng chúng sẽ lang thang một mình trên các làn đường không gian.
Nhóm của Huson trình bày mô hình Gaia Net trong một nghiên cứu mới, được công bố vào ngày 25 tháng 4 trên Tạp chí Vật lý thiên văn.