Một hình ảnh mới tuyệt đẹp từ Kính viễn vọng không gian James Webb (JWST) cho phép các nhà thiên văn học kiểm tra các giai đoạn cuối phức tạp và hỗn loạn trong vòng đời của một ngôi sao đang chết.
Ảnh chụp nhanh ở trên cho thấy NGC 1514, một tinh vân hành tinh nằm cách Trái đất khoảng 1.500 năm ánh sáng trong chòm sao Kim Ngưu. Tuy nhiên, bất chấp thuật ngữ này, NGC 1514 không liên quan gì đến các hành tinh. Thay vào đó, ở trung tâm của nó, có hai ngôi sao.
Những ngôi sao này xuất hiện như một điểm sáng duy nhất trong góc nhìn của Kính viễn vọng không gian James Webb và điểm sáng này được bao quanh bởi một vòng cung bụi màu cam. Điều đặc biệt thú vị đối với các nhà thiên văn học là cấu trúc mờ nhạt giống như sơ đồ Venn của tinh vân — hai vành đai vật chất bị đẩy ra có hình dạng do ảnh hưởng của lực hấp dẫn từ các ngôi sao trung tâm. Các nhà khoa học cho biết các vành đai này mang đến cơ hội độc đáo để phân tích sự tương tác phức tạp của dòng chảy sao trong nhiều thời đại.
"Trước Webb, chúng ta không thể phát hiện ra hầu hết vật chất này, chứ đừng nói đến việc quan sát chúng một cách rõ ràng như vậy", Mike Ressler, một nhà khoa học dự án cho thiết bị MIRI của JWST, người đã phát hiện ra các vành đai vào năm 2010 bằng một kính thiên văn khác của NASA, cho biết trong tuyên bố. "Với dữ liệu của MIRI, giờ đây chúng ta có thể kiểm tra toàn diện bản chất hỗn loạn của tinh vân này."
Các các quan sát trước đó của hệ sao đôi này cho thấy quỹ đạo chín năm của hai ngôi sao này là một trong những quỹ đạo dài nhất được biết đến đối với bất kỳ tinh vân hành tinh nào. Các nhà thiên văn học nghi ngờ rằng sự hình thành của tinh vân chủ yếu được thúc đẩy bởi ngôi sao lớn hơn trong hai ngôi sao. Khi ngôi sao đó già đi, nó có thể đã trải qua một sự giãn nở mạnh mẽ, làm rơi các lớp khí và bụi qua gió sao của nó và để lại một lõi nóng, đặc được gọi là sao lùn trắng.
Những cơn gió yếu hơn, nhanh hơn phát ra từ sao lùn trắng này có thể đã cuốn trôi vật chất trước đó, chuyển động chậm hơn, tạo thành các vòng sợi vón cục cực kỳ mờ nhạt và chỉ có thể nhìn thấy bằng ánh sáng hồng ngoại, theo tuyên bố. Quan điểm của JWST cũng cho thấy một mạng lưới các lỗ gần các ngôi sao trung tâm, nơi vật chất chuyển động nhanh hơn đâm xuyên qua các lớp khí và bụi bên ngoài dày đặc và chậm hơn bị đẩy ra.
"Khi ngôi sao này đạt đến đỉnh điểm mất vật chất, ngôi sao đồng hành có thể đã đến rất gần", David Jones, một nhà khoa học cấp cao tại Viện Vật lý thiên văn trên Quần đảo Canary, người đã chứng minh có một hệ sao đôi ở trung tâm của tinh vân hành tinh này vào năm 2017, theo tuyên bố. "Tương tác đó có thể dẫn đến những hình dạng mà bạn không ngờ tới — thay vì tạo ra một hình cầu, tương tác này có thể đã hình thành nên những vành đai này."
Hai vành đai xuất hiện không đồng đều về mặt ánh sáng và kết cấu trong dữ liệu của JWST, có khả năng bao gồm các hạt bụi rất nhỏ bị làm nóng nhẹ bởi ánh sáng cực tím phát ra từ sao lùn trắng trung tâm.
"Khi những hạt bụi đó bị ánh sáng cực tím từ sao lùn trắng chiếu vào, chúng nóng lên một chút, chúng tôi nghĩ rằng điều này khiến chúng đủ ấm để được Webb phát hiện ở ánh sáng hồng ngoại giữa," Ressler cho biết trong tuyên bố.
Các quan sát của JWST cũng phát hiện ra oxy trong phần trung tâm màu hồng vón cục của tinh vân, nhưng carbon cũng như các phân tử phức tạp như hydrocarbon thơm đa vòng — thường thấy trong các tinh vân như vậy — lại không có. Theo tuyên bố, chu kỳ quỹ đạo dài của các ngôi sao đôi trung tâm có thể là nguyên nhân, vì quỹ đạo kéo dài có thể đã khuấy động vật chất bị đẩy ra, ngăn cản sự hình thành các hợp chất phức tạp hơn này.
Các bài viết liên quan:
— 'Cơn lốc vũ trụ' xoáy trong hình ảnh mới ngoạn mục của Kính viễn vọng không gian James Webb
— Ngôi sao này ợ sau khi ăn một hành tinh — nhưng hành tinh thực sự đang muốn điều đó
— Các nhà khoa học đã cố tình sử dụng các thiết bị của JWST 'sai' để chụp ảnh trực tiếp các ngoại hành tinh
Độ chi tiết đáng chú ý do các quan sát như thế này cung cấp đã khiến JWST trị giá 10 tỷ đô la, kính viễn vọng không gian lớn nhất và mạnh nhất của NASA, trở nên có nhu cầu cao hơn bao giờ hết, với các nhà thiên văn học yêu cầu thời gian quan sát tương đương chín năm bằng kính viễn vọng trong một năm hoạt động. Tuy nhiên, nhu cầu lớn này xuất hiện vào thời điểm đầy thách thức, vì JWST phải đối mặt với khả năng cắt giảm ngân sách lên tới 20% mặc dù mới chỉ hoàn thành một nửa nhiệm vụ chính của mình. Những khoản cắt giảm này, dự kiến có hiệu lực vào cuối năm nay, sẽ tác động đến mọi khía cạnh công việc của đài quan sát, từ việc xem xét đề xuất và phân tích dữ liệu đến giải quyết dị thường và sự tham gia của cộng đồng.
"Thành thật mà nói, nhiệm vụ này hoạt động tốt hơn nhiều so với những gì hầu hết mọi người mong đợi, bạn biết đấy", Tom Brown, người đứng đầu văn phòng nhiệm vụ JWST tại Viện Khoa học Kính viễn vọng Không gian ở Maryland, đã nói với các nhà khoa học trong một sự kiện tại hội trường thị trấn vào tháng 1 tại hội nghị thường niên của Hiệp hội Thiên văn học Hoa Kỳ. "Thật vô cùng đáng lo ngại khi chúng ta đang ở giữa nhiệm vụ chính, chúng ta cũng có thể phải đối mặt với việc cắt giảm ngân sách đáng kể."
Những quan sát này cũng được mô tả trong bài báo được xuất bản vào ngày 2 tháng 4 trên Tạp chí Thiên văn học.
Ảnh chụp nhanh ở trên cho thấy NGC 1514, một tinh vân hành tinh nằm cách Trái đất khoảng 1.500 năm ánh sáng trong chòm sao Kim Ngưu. Tuy nhiên, bất chấp thuật ngữ này, NGC 1514 không liên quan gì đến các hành tinh. Thay vào đó, ở trung tâm của nó, có hai ngôi sao.
Những ngôi sao này xuất hiện như một điểm sáng duy nhất trong góc nhìn của Kính viễn vọng không gian James Webb và điểm sáng này được bao quanh bởi một vòng cung bụi màu cam. Điều đặc biệt thú vị đối với các nhà thiên văn học là cấu trúc mờ nhạt giống như sơ đồ Venn của tinh vân — hai vành đai vật chất bị đẩy ra có hình dạng do ảnh hưởng của lực hấp dẫn từ các ngôi sao trung tâm. Các nhà khoa học cho biết các vành đai này mang đến cơ hội độc đáo để phân tích sự tương tác phức tạp của dòng chảy sao trong nhiều thời đại.
"Trước Webb, chúng ta không thể phát hiện ra hầu hết vật chất này, chứ đừng nói đến việc quan sát chúng một cách rõ ràng như vậy", Mike Ressler, một nhà khoa học dự án cho thiết bị MIRI của JWST, người đã phát hiện ra các vành đai vào năm 2010 bằng một kính thiên văn khác của NASA, cho biết trong tuyên bố. "Với dữ liệu của MIRI, giờ đây chúng ta có thể kiểm tra toàn diện bản chất hỗn loạn của tinh vân này."
Các các quan sát trước đó của hệ sao đôi này cho thấy quỹ đạo chín năm của hai ngôi sao này là một trong những quỹ đạo dài nhất được biết đến đối với bất kỳ tinh vân hành tinh nào. Các nhà thiên văn học nghi ngờ rằng sự hình thành của tinh vân chủ yếu được thúc đẩy bởi ngôi sao lớn hơn trong hai ngôi sao. Khi ngôi sao đó già đi, nó có thể đã trải qua một sự giãn nở mạnh mẽ, làm rơi các lớp khí và bụi qua gió sao của nó và để lại một lõi nóng, đặc được gọi là sao lùn trắng.
Những cơn gió yếu hơn, nhanh hơn phát ra từ sao lùn trắng này có thể đã cuốn trôi vật chất trước đó, chuyển động chậm hơn, tạo thành các vòng sợi vón cục cực kỳ mờ nhạt và chỉ có thể nhìn thấy bằng ánh sáng hồng ngoại, theo tuyên bố. Quan điểm của JWST cũng cho thấy một mạng lưới các lỗ gần các ngôi sao trung tâm, nơi vật chất chuyển động nhanh hơn đâm xuyên qua các lớp khí và bụi bên ngoài dày đặc và chậm hơn bị đẩy ra.
"Khi ngôi sao này đạt đến đỉnh điểm mất vật chất, ngôi sao đồng hành có thể đã đến rất gần", David Jones, một nhà khoa học cấp cao tại Viện Vật lý thiên văn trên Quần đảo Canary, người đã chứng minh có một hệ sao đôi ở trung tâm của tinh vân hành tinh này vào năm 2017, theo tuyên bố. "Tương tác đó có thể dẫn đến những hình dạng mà bạn không ngờ tới — thay vì tạo ra một hình cầu, tương tác này có thể đã hình thành nên những vành đai này."
Hai vành đai xuất hiện không đồng đều về mặt ánh sáng và kết cấu trong dữ liệu của JWST, có khả năng bao gồm các hạt bụi rất nhỏ bị làm nóng nhẹ bởi ánh sáng cực tím phát ra từ sao lùn trắng trung tâm.
"Khi những hạt bụi đó bị ánh sáng cực tím từ sao lùn trắng chiếu vào, chúng nóng lên một chút, chúng tôi nghĩ rằng điều này khiến chúng đủ ấm để được Webb phát hiện ở ánh sáng hồng ngoại giữa," Ressler cho biết trong tuyên bố.
Các quan sát của JWST cũng phát hiện ra oxy trong phần trung tâm màu hồng vón cục của tinh vân, nhưng carbon cũng như các phân tử phức tạp như hydrocarbon thơm đa vòng — thường thấy trong các tinh vân như vậy — lại không có. Theo tuyên bố, chu kỳ quỹ đạo dài của các ngôi sao đôi trung tâm có thể là nguyên nhân, vì quỹ đạo kéo dài có thể đã khuấy động vật chất bị đẩy ra, ngăn cản sự hình thành các hợp chất phức tạp hơn này.
Các bài viết liên quan:
— 'Cơn lốc vũ trụ' xoáy trong hình ảnh mới ngoạn mục của Kính viễn vọng không gian James Webb
— Ngôi sao này ợ sau khi ăn một hành tinh — nhưng hành tinh thực sự đang muốn điều đó
— Các nhà khoa học đã cố tình sử dụng các thiết bị của JWST 'sai' để chụp ảnh trực tiếp các ngoại hành tinh
Độ chi tiết đáng chú ý do các quan sát như thế này cung cấp đã khiến JWST trị giá 10 tỷ đô la, kính viễn vọng không gian lớn nhất và mạnh nhất của NASA, trở nên có nhu cầu cao hơn bao giờ hết, với các nhà thiên văn học yêu cầu thời gian quan sát tương đương chín năm bằng kính viễn vọng trong một năm hoạt động. Tuy nhiên, nhu cầu lớn này xuất hiện vào thời điểm đầy thách thức, vì JWST phải đối mặt với khả năng cắt giảm ngân sách lên tới 20% mặc dù mới chỉ hoàn thành một nửa nhiệm vụ chính của mình. Những khoản cắt giảm này, dự kiến có hiệu lực vào cuối năm nay, sẽ tác động đến mọi khía cạnh công việc của đài quan sát, từ việc xem xét đề xuất và phân tích dữ liệu đến giải quyết dị thường và sự tham gia của cộng đồng.
"Thành thật mà nói, nhiệm vụ này hoạt động tốt hơn nhiều so với những gì hầu hết mọi người mong đợi, bạn biết đấy", Tom Brown, người đứng đầu văn phòng nhiệm vụ JWST tại Viện Khoa học Kính viễn vọng Không gian ở Maryland, đã nói với các nhà khoa học trong một sự kiện tại hội trường thị trấn vào tháng 1 tại hội nghị thường niên của Hiệp hội Thiên văn học Hoa Kỳ. "Thật vô cùng đáng lo ngại khi chúng ta đang ở giữa nhiệm vụ chính, chúng ta cũng có thể phải đối mặt với việc cắt giảm ngân sách đáng kể."
Những quan sát này cũng được mô tả trong bài báo được xuất bản vào ngày 2 tháng 4 trên Tạp chí Thiên văn học.
