Khi nói đến chăn trẻ em, càng mềm mại càng tốt — và các nhà thiên văn học đã phát hiện ra rằng một số ngôi sao sơ sinh trong vũ trụ sơ khai cũng thích những kén "mềm mại" trước khi sinh.
Các ngôi sao được sinh ra trong "vườn ươm sao" hoặc các vùng thiên hà có nhiều khí và bụi có thể trở nên quá đặc và sụp đổ để hình thành các ngôi sao sơ sinh hoặc "tiền sao". Được gọi chính xác hơn là "đám mây phân tử", những tập hợp khí này có thể kéo dài hàng trăm năm ánh sáng, do đó tạo thành hàng nghìn ngôi sao.
Các nhà khoa học đã tìm hiểu rất nhiều về sự hình thành sao trong vũ trụ ngày nay, nhưng vẫn còn là một bí ẩn liệu các thiên thể sao có hình thành theo cùng một cách trong vũ trụ sơ khai hay không.
"Ngay cả ngày nay, sự hiểu biết của chúng ta về sự hình thành sao vẫn đang phát triển; việc hiểu được cách các ngôi sao hình thành trong vũ trụ sơ khai thậm chí còn khó khăn hơn", trưởng nhóm nghiên cứu và nhà nghiên cứu tại Đại học Kyushu Kazuki Tokuda cho biết trong một tuyên bố. "Vũ trụ sơ khai khá khác biệt so với ngày nay, chủ yếu chứa hydro và heli. Các nguyên tố nặng hơn được hình thành sau này trong các ngôi sao có khối lượng lớn."
Trong Ngân Hà, các đám mây phân tử sinh ra các ngôi sao có cấu trúc dạng sợi, hay "dạng sợi", tách ra để tạo thành lõi đám mây phân tử, giống như một "quả trứng sao" hút nhiều khí và bụi hơn từ đám mây phân tử rộng hơn cho đến khi một ngôi sao sơ sinh "nở".
Nhưng liệu đây có phải là trường hợp xảy ra hàng tỷ năm trước không?
"Chúng ta không thể quay ngược thời gian để nghiên cứu quá trình hình thành sao trong vũ trụ sơ khai, nhưng chúng ta có thể quan sát các phần của vũ trụ có môi trường tương tự như vũ trụ sơ khai", Tokuda cho biết.
Một môi trường như vậy cũng thiếu các nguyên tố nặng hơn hydro và heli, mà các nhà thiên văn học gọi chung là "kim loại", là Đám mây Magellan Nhỏ (SMC).
Thiên hà lùn vệ tinh này của Ngân Hà, nằm cách xa khoảng 20.000 năm ánh sáng, có hàm lượng kim loại bằng khoảng một phần năm hàm lượng kim loại của thiên hà chúng ta. Điều này khiến SMC trở thành một đại diện tuyệt vời cho các điều kiện trong vũ trụ 13,8 tỷ năm tuổi khoảng 4 tỷ năm sau Vụ nổ lớn.
Vì vậy, để nghiên cứu các điều kiện mà các ngôi sao đầu tiên hình thành mà không cần phải nhìn ngược lại thời gian 10 tỷ năm, Tokuda và các đồng nghiệp đã chuyển sang SMC. Họ đã tiến hành cuộc điều tra này với Atacama Large Millimeter Array (ALMA), một mảng gồm 66 kính viễn vọng vô tuyến đặt tại miền bắc Chile.
Trong khi các nghiên cứu trước đây về SMC và các vùng hình thành sao của nó thiếu độ phân giải cần thiết để quan sát các đám mây dạng sợi, ALMA đã tạo điều kiện cho một góc nhìn có độ phân giải cao về thiên hà lùn này giúp các nhà khoa học xác định xem các cấu trúc như vậy có tồn tại hay không.
"Trong Tổng cộng, chúng tôi đã thu thập và phân tích dữ liệu từ 17 đám mây phân tử. Mỗi đám mây phân tử này đều có những ngôi sao con đang phát triển có khối lượng gấp 20 lần khối lượng mặt trời của chúng ta", Tokuda cho biết. "Chúng tôi phát hiện ra rằng khoảng 60% các đám mây phân tử mà chúng tôi quan sát có cấu trúc dạng sợi với chiều rộng khoảng 0,3 năm ánh sáng, nhưng 40% còn lại có hình dạng 'xốp'".
Nhóm nghiên cứu cũng xác định rằng nhiệt độ bên trong các đám mây phân tử dạng sợi cao hơn nhiệt độ bên trong các đám mây phân tử dạng sợi. Các nhà nghiên cứu đưa ra giả thuyết rằng sự khác biệt về nhiệt độ giữa các đám mây dạng sợi và dạng sợi có thể liên quan đến tuổi của chúng.
Kết quả cho thấy nhiệt độ cao của dạng sợi có liên quan đến sự va chạm của các đám mây. Khi nhiệt độ cao, các đám mây ít nhiễu loạn hơn, nhưng khi chúng nguội đi, các đám mây trở nên hỗn loạn hơn — khiến hình dạng xốp xuất hiện.
Điều này ảnh hưởng đến quá trình hình thành sao, trong đó các đám mây dạng sợi có nhiều khả năng bị vỡ ra để hình thành các ngôi sao có khối lượng thấp như mặt trời. Tuy nhiên, nếu một đám mây trở nên xốp, các đám mây sẽ khó có thể tách ra và hình thành các ngôi sao có khối lượng thấp.
Các bài viết liên quan:
— Kính viễn vọng không gian James Webb phát hiện dấu hiệu của các ngoại vệ tinh hình thành trong hệ sao sơ sinh
— Nghiên cứu mang tính đột phá của Kính viễn vọng không gian James Webb về đĩa hình thành hành tinh gợi ý về các khám phá ngoại hành tinh trong tương lai
— Kính viễn vọng không gian James Webb nghiên cứu 'bánh kếp' bụi nuôi dưỡng các ngôi sao con và sinh ra các hành tinh
"Nghiên cứu này chỉ ra rằng môi trường, chẳng hạn như nguồn cung cấp đầy đủ các nguyên tố nặng, đóng vai trò quan trọng trong việc duy trì cấu trúc dạng sợi và có thể đóng vai trò quan trọng trong quá trình hình thành các hệ hành tinh", Tokuda cho biết. "Trong tương lai, điều quan trọng là phải so sánh kết quả của chúng tôi với các quan sát về đám mây phân tử trong môi trường giàu nguyên tố nặng, bao gồm cả thiên hà Milky Way."
Tokuda nói thêm rằng các nghiên cứu như thế này sẽ cung cấp những hiểu biết mới về sự hình thành của các đám mây phân tử và cách chúng thay đổi theo thời gian, do đó vẽ nên bức tranh chi tiết hơn về quá trình tiến hóa tổng thể của vũ trụ.
Nghiên cứu của nhóm đã được công bố vào thứ Tư (ngày 20 tháng 2) trên Tạp chí Vật lý thiên văn.
Các ngôi sao được sinh ra trong "vườn ươm sao" hoặc các vùng thiên hà có nhiều khí và bụi có thể trở nên quá đặc và sụp đổ để hình thành các ngôi sao sơ sinh hoặc "tiền sao". Được gọi chính xác hơn là "đám mây phân tử", những tập hợp khí này có thể kéo dài hàng trăm năm ánh sáng, do đó tạo thành hàng nghìn ngôi sao.
Các nhà khoa học đã tìm hiểu rất nhiều về sự hình thành sao trong vũ trụ ngày nay, nhưng vẫn còn là một bí ẩn liệu các thiên thể sao có hình thành theo cùng một cách trong vũ trụ sơ khai hay không.
"Ngay cả ngày nay, sự hiểu biết của chúng ta về sự hình thành sao vẫn đang phát triển; việc hiểu được cách các ngôi sao hình thành trong vũ trụ sơ khai thậm chí còn khó khăn hơn", trưởng nhóm nghiên cứu và nhà nghiên cứu tại Đại học Kyushu Kazuki Tokuda cho biết trong một tuyên bố. "Vũ trụ sơ khai khá khác biệt so với ngày nay, chủ yếu chứa hydro và heli. Các nguyên tố nặng hơn được hình thành sau này trong các ngôi sao có khối lượng lớn."
Trong Ngân Hà, các đám mây phân tử sinh ra các ngôi sao có cấu trúc dạng sợi, hay "dạng sợi", tách ra để tạo thành lõi đám mây phân tử, giống như một "quả trứng sao" hút nhiều khí và bụi hơn từ đám mây phân tử rộng hơn cho đến khi một ngôi sao sơ sinh "nở".
Nhưng liệu đây có phải là trường hợp xảy ra hàng tỷ năm trước không?
"Chúng ta không thể quay ngược thời gian để nghiên cứu quá trình hình thành sao trong vũ trụ sơ khai, nhưng chúng ta có thể quan sát các phần của vũ trụ có môi trường tương tự như vũ trụ sơ khai", Tokuda cho biết.
Một môi trường như vậy cũng thiếu các nguyên tố nặng hơn hydro và heli, mà các nhà thiên văn học gọi chung là "kim loại", là Đám mây Magellan Nhỏ (SMC).
Thiên hà lùn vệ tinh này của Ngân Hà, nằm cách xa khoảng 20.000 năm ánh sáng, có hàm lượng kim loại bằng khoảng một phần năm hàm lượng kim loại của thiên hà chúng ta. Điều này khiến SMC trở thành một đại diện tuyệt vời cho các điều kiện trong vũ trụ 13,8 tỷ năm tuổi khoảng 4 tỷ năm sau Vụ nổ lớn.
Vì vậy, để nghiên cứu các điều kiện mà các ngôi sao đầu tiên hình thành mà không cần phải nhìn ngược lại thời gian 10 tỷ năm, Tokuda và các đồng nghiệp đã chuyển sang SMC. Họ đã tiến hành cuộc điều tra này với Atacama Large Millimeter Array (ALMA), một mảng gồm 66 kính viễn vọng vô tuyến đặt tại miền bắc Chile.
Trong khi các nghiên cứu trước đây về SMC và các vùng hình thành sao của nó thiếu độ phân giải cần thiết để quan sát các đám mây dạng sợi, ALMA đã tạo điều kiện cho một góc nhìn có độ phân giải cao về thiên hà lùn này giúp các nhà khoa học xác định xem các cấu trúc như vậy có tồn tại hay không.
"Trong Tổng cộng, chúng tôi đã thu thập và phân tích dữ liệu từ 17 đám mây phân tử. Mỗi đám mây phân tử này đều có những ngôi sao con đang phát triển có khối lượng gấp 20 lần khối lượng mặt trời của chúng ta", Tokuda cho biết. "Chúng tôi phát hiện ra rằng khoảng 60% các đám mây phân tử mà chúng tôi quan sát có cấu trúc dạng sợi với chiều rộng khoảng 0,3 năm ánh sáng, nhưng 40% còn lại có hình dạng 'xốp'".
Nhóm nghiên cứu cũng xác định rằng nhiệt độ bên trong các đám mây phân tử dạng sợi cao hơn nhiệt độ bên trong các đám mây phân tử dạng sợi. Các nhà nghiên cứu đưa ra giả thuyết rằng sự khác biệt về nhiệt độ giữa các đám mây dạng sợi và dạng sợi có thể liên quan đến tuổi của chúng.
Kết quả cho thấy nhiệt độ cao của dạng sợi có liên quan đến sự va chạm của các đám mây. Khi nhiệt độ cao, các đám mây ít nhiễu loạn hơn, nhưng khi chúng nguội đi, các đám mây trở nên hỗn loạn hơn — khiến hình dạng xốp xuất hiện.
Điều này ảnh hưởng đến quá trình hình thành sao, trong đó các đám mây dạng sợi có nhiều khả năng bị vỡ ra để hình thành các ngôi sao có khối lượng thấp như mặt trời. Tuy nhiên, nếu một đám mây trở nên xốp, các đám mây sẽ khó có thể tách ra và hình thành các ngôi sao có khối lượng thấp.
Các bài viết liên quan:
— Kính viễn vọng không gian James Webb phát hiện dấu hiệu của các ngoại vệ tinh hình thành trong hệ sao sơ sinh
— Nghiên cứu mang tính đột phá của Kính viễn vọng không gian James Webb về đĩa hình thành hành tinh gợi ý về các khám phá ngoại hành tinh trong tương lai
— Kính viễn vọng không gian James Webb nghiên cứu 'bánh kếp' bụi nuôi dưỡng các ngôi sao con và sinh ra các hành tinh
"Nghiên cứu này chỉ ra rằng môi trường, chẳng hạn như nguồn cung cấp đầy đủ các nguyên tố nặng, đóng vai trò quan trọng trong việc duy trì cấu trúc dạng sợi và có thể đóng vai trò quan trọng trong quá trình hình thành các hệ hành tinh", Tokuda cho biết. "Trong tương lai, điều quan trọng là phải so sánh kết quả của chúng tôi với các quan sát về đám mây phân tử trong môi trường giàu nguyên tố nặng, bao gồm cả thiên hà Milky Way."
Tokuda nói thêm rằng các nghiên cứu như thế này sẽ cung cấp những hiểu biết mới về sự hình thành của các đám mây phân tử và cách chúng thay đổi theo thời gian, do đó vẽ nên bức tranh chi tiết hơn về quá trình tiến hóa tổng thể của vũ trụ.
Nghiên cứu của nhóm đã được công bố vào thứ Tư (ngày 20 tháng 2) trên Tạp chí Vật lý thiên văn.
