Trong khi ngồi trong văn phòng, Naman Bajaj nhìn chằm chằm vào dữ liệu quý giá dẫn đến phần cuối cùng trong bộ ba bài báo đã xuất bản của ông, mỗi bài đều trả lời một câu hỏi rất hóc búa: Tại sao một số đĩa hình thành hành tinh lại bò lên các ngôi sao của chính chúng? Ba nghiên cứu này rất chắc chắn, thú vị — và quan trọng nhất là đã hoàn thành. Nhưng trước khi đóng cánh cửa trước những điểm dữ liệu cuối cùng này, được cung cấp bởi Kính viễn vọng không gian James Webb nổi tiếng, Bajaj quyết định vắt kiệt chúng để chúng có giá trị. Tuy nhiên, ông chắc chắn không mong đợi sẽ mở ra một cánh cửa khác.
"Cố vấn của tôi đã đi dự hội nghị hay gì đó trong một tháng; tôi chỉ nghịch dữ liệu và tự hỏi, 'Tôi có thể làm gì thêm nữa? Dữ liệu này có thể cho chúng ta biết thêm điều gì không?'" Bajaj, một nhà thiên văn học tại Đại học Arizona, nói với Space.com.
Chẳng mấy chốc, ông đã có một phát hiện tuyệt vời. Một trong những chủ đề về ngôi sao mà ông và các cộng sự đã dành nhiều thời gian thực sự là một bản sao; chỉ là không ai để ý. Vũ trụ, chúng ta liên tục được nhắc nhở, đủ lớn để một thứ gì đó to lớn đến mức không thể hiểu nổi như một cặp sao đang xoay quanh nhau có thể bị bỏ qua. "Một pixel trong hình ảnh mà chúng ta đang xem là 14 AU", Bajaj nói. Để hiểu rõ hơn, một AU, hay "đơn vị thiên văn", biểu thị khoảng cách đáng kinh ngạc giữa hành tinh của chúng ta và mặt trời — khoảng 93 triệu dặm (150 triệu km). Theo một cách nào đó, thật đáng chú ý khi con người có thể thực hiện khám phá này.
"Ví dụ," Bajaj nói, "Trái Đất quay quanh Mặt Trời, nhưng nó không rơi xuống Mặt Trời vì nó liên tục quay quanh quỹ đạo đó." Theo các định luật vật lý do Isaac Newton đưa ra, nếu quỹ đạo của một vật thể không bị gián đoạn, thì nó không nên bắt đầu thay đổi quỹ đạo của mình. Vì vậy, nhóm nghiên cứu lý luận rằng, có thể có thứ gì đó đang làm nhiễu loạn các đĩa rơi vào trong như vậy và chúng không tự hoạt động. Tất cả sẽ hợp lý nếu các đĩa mất một số mômen động lượng, chẳng hạn — nhưng để làm được điều đó, có lẽ chúng cần mất một số khối lượng. Vậy, sự mất khối lượng đó xảy ra như thế nào?
Đây là câu hỏi cơ bản mà Bajaj và các nhà nghiên cứu khác đặt ra để trả lời.
Tóm lại, bài báo đầu tiên của nhóm đã xác nhận rằng "gió" mạnh có thể di chuyển vật chất từ đĩa theo chiều thẳng đứng lên trên. Bài báo thứ hai có mục đích tính toán lượng vật chất phóng ra qua các luồng tia bắn ra từ các đĩa, tương tự như gió nhưng nhanh hơn và hẹp hơn nhiều. Trong khi đó, bài báo thứ ba có mục đích kết nối hai bài báo đầu tiên, so sánh khối lượng mất đi qua gió với khối lượng mất đi qua luồng tia. Nhưng Bajaj thấy có điều gì đó đáng ngờ trong tập dữ liệu cuối cùng của mình.
Công trình của nhóm ông về luồng tia liên quan đến đĩa năng lượng cao dựa trên bốn ứng cử viên sao trong vùng hình thành sao Taurus, nằm cách Trái đất khoảng 457 năm ánh sáng — và một trong những ứng cử viên này có luồng tia trông có vẻ… quá hoàn hảo? Nó được gọi là TAU 042021.
"Vật thể đặc biệt này nổi bật vì nó rất đối xứng — tôi nghĩ đây có lẽ là trường hợp đối xứng luồng tia tốt nhất mà chúng ta từng thấy cho đến nay", ông nói. "Cách duy nhất bạn có thể giải thích loại đối xứng này là bằng hệ nhị phân."
"Nếu hai bên của thùy không liên quan gì đến nhau, giống như chúng chuyển động ngẫu nhiên, thì điều đó không cho bạn biết bất cứ điều gì — có lẽ là do môi trường xung quanh", Bajaj nói. "Nhưng khi bạn tìm thấy một số loại đối xứng, hoặc thậm chí là phản đối xứng, thì nó sẽ cho bạn biết nhiều điều hơn thế nữa."
"Nếu có bất cứ điều gì xảy ra với chính đĩa, thì những gì bạn sẽ thấy là một sự đối xứng giống như điểm", Bajaj nói thêm. "Về cơ bản, chúng sẽ luôn hoàn toàn đối lập với nhau — nhưng điều gì sẽ xảy ra khi bạn có một sao đôi?"
Điều mà sự đối xứng cụ thể này cho Bajaj biết là tia mà ông nhìn thấy liên quan đến TAU 042021 rất có thể thậm chí không đến từ đĩa hành tinh của ngôi sao đó. Nó có thể phát ra từ một ngôi sao khác quay quanh ngôi sao ban đầu.
"Phản ứng đầu tiên của tôi là, 'Ồ, thật tuyệt vời'", Bajaj nói. "Về mặt kỹ thuật, đây sẽ là khám phá đầu tiên của riêng tôi theo một nghĩa nào đó, vì vậy tôi rất phấn khích — nhưng đồng thời, tôi cũng tự hỏi: 'Nhưng tôi biết gì chứ?'"
Bước tiếp theo, tất nhiên, là kiểm tra giả thuyết của ông càng nhiều càng tốt; ông quyết định sử dụng các mô hình sao đôi đã biết để đảm bảo mọi thứ đều được kiểm tra. Và, đúng là như vậy: "Vào một thời điểm nào đó, tôi đã xem đủ tài liệu để biết rằng điều này là có thật."
Ví dụ, chúng ta biết rằng các ngôi sao cách nhau một khoảng cách là 1,35 AU, thực tế là khá gần về mặt thiên văn học. Nếu bạn có thể hình dung ra, điều đó có nghĩa là hai ngôi sao chỉ cách nhau một chút so với Trái đất và mặt trời. Chúng ta cũng biết rằng khối lượng của một trong hai ngôi sao phải bằng khoảng 0,33 khối lượng mặt trời trong khi ngôi sao kia phải bằng khoảng 0,07 khối lượng mặt trời. Hãy nhớ rằng, chúng là những ngôi sao con, vì vậy không giống như hai vật thể có kích thước bằng mặt trời đang nằm gần nhau như vậy. Và, thật hấp dẫn, Bajaj đã giải quyết được rằng đĩa xung quanh hệ thống thực sự (thực sự) dày — lên đến 250 AU trong các hạt bụi có kích thước micron. "Điều này tương ứng với gần 27.000 lần đường kính của mặt trời", ông nhận xét. Trong khi đó, đường kính của đĩa được ước tính lên tới 500 AU. Để biết bối cảnh, khoảng cách từ mặt trời đến điểm cuối của Vành đai Kuiper trải dài xa hơn Sao Hải Vương chỉ khoảng 50 AU.
"Ngay cả trong trường hợp sao đôi, đối với khối lượng cụ thể này của ngôi sao, tôi nghĩ nó vẫn là một ngoại lệ", Bajaj nói về đĩa khổng lồ.
Một chút thông tin này cũng có thể đủ để làm xáo trộn một số nghiên cứu đang diễn ra trong cộng đồng thiên văn học.
"Tôi nghĩ rằng phản ứng đầu tiên sẽ là, 'Ồ, thật tuyệt,'" Bajaj nói. "Và sau đó phản ứng thứ hai sẽ là 'Ồ, chúng ta tiêu đời rồi. Nghiên cứu của chúng ta tiêu đời rồi.'"
Đó là vì vật thể TAU 042021 được các nhà vật lý nghiên cứu khá kỹ lưỡng, bao gồm cả thông qua hình ảnh của Kính viễn vọng không gian James Webb (JWST). Đó là vì, thật tình cờ, vị trí của Trái đất trong không gian cho phép chúng ta quan sát cạnh đĩa của ngôi sao. Hãy tưởng tượng bạn cầm một chiếc đĩa ăn tối trước mặt, nếu mặt đĩa ngang tầm mắt với bạn, bạn đang nhìn vào cạnh đĩa.
Đây là một lợi thế rất lớn, vì các ngôi sao có thể trở nên rất (rất) sáng. "Bất kể thiết bị của bạn nhạy đến mức nào, bạn vẫn có thể nhìn vào nó", Bajaj nói. "Đôi khi ngôi sao quá sáng, vì vậy chúng ta không thể quan sát nó bằng các thiết bị tuyệt vời như JWST — nhưng ở đây, điều đó không xảy ra. Ở đây, ngôi sao không cản trở khả năng của chúng ta chút nào."
Ngoài ra, đĩa liên quan đến TAU 042021 được coi là đặc biệt lớn ngay cả trước khi Bajaj biết về bản chất nhị phân của hệ thống.
"Đã có nhiều nghiên cứu với JWST và đúng là chúng sẽ bị ảnh hưởng", Bajaj cho biết. "Rất nhiều trong số chúng là về việc mô hình hóa những gì đang xảy ra ở đĩa."
Ông giải thích rằng nếu bạn đang cố gắng mô hình hóa quá trình tiến hóa hoặc hành vi của đĩa, thì điều quan trọng là phải biết có một ngôi sao hay hai ngôi sao ở trung tâm. Ông cũng chỉ ra rằng có khả năng có một khoảng cách lớn hơn giữa vùng sao trung tâm và điểm bắt đầu của phần bên trong của đĩa so với dự đoán trước đây. "Trong mô hình của họ," ông nói, "đĩa sẽ bắt đầu ở 1,2 AU, nhưng bây giờ đĩa phải bắt đầu ở 4 AU. Vì vậy, đó là một khoảng cách lớn ở đó, và điều đó sẽ dẫn đến rất nhiều thứ khác nhau."
Câu chuyện liên quan:
— Vũ trụ của chúng ta có bị mắc kẹt bên trong một lỗ đen không?
— Thiên hà lấp lánh rực sáng với sự hình thành sao trong hình ảnh mới của Kính viễn vọng không gian James Webb
— Các nhà thiên văn học giải quyết được vụ án về tín hiệu vô tuyến bí ẩn trong không gian sâu lặp lại sau mỗi 2 giờ
Giữa sự hỗn loạn có thể xảy ra đó, Bajaj hy vọng sẽ tiếp tục xem xét tập dữ liệu mà ông từng nghĩ rằng cuối cùng ông đã sẵn sàng để tiếp tục. Ông đang xem xét sự phức tạp của ba chủ thể sao khác và có linh cảm lén lút rằng một trong số chúng cũng là một sao đôi bất ngờ. Ông cũng muốn tìm hiểu xem liệu có thể có nhiều hơn một tia trong hệ thống TAU 042021 hay không, có lẽ một tia đến từ mỗi ngôi sao ở trung tâm của nó và đang cố gắng tìm hiểu xem kính viễn vọng không gian SPHEREx mới ra mắt của NASA có thể giúp ích cho điều đó hay không. Các câu hỏi thì vô tận và cần nhớ rằng chính những chuỗi suy nghĩ này đã truyền cảm hứng cho Kính viễn vọng không gian James Webb ngay từ đầu. Nó thực sự đã thực hiện được lời hứa của mình.
Như Bajaj đã nói: "Những tập dữ liệu của Kính viễn vọng không gian James Webb này thật đẹp."
"Cố vấn của tôi đã đi dự hội nghị hay gì đó trong một tháng; tôi chỉ nghịch dữ liệu và tự hỏi, 'Tôi có thể làm gì thêm nữa? Dữ liệu này có thể cho chúng ta biết thêm điều gì không?'" Bajaj, một nhà thiên văn học tại Đại học Arizona, nói với Space.com.
Chẳng mấy chốc, ông đã có một phát hiện tuyệt vời. Một trong những chủ đề về ngôi sao mà ông và các cộng sự đã dành nhiều thời gian thực sự là một bản sao; chỉ là không ai để ý. Vũ trụ, chúng ta liên tục được nhắc nhở, đủ lớn để một thứ gì đó to lớn đến mức không thể hiểu nổi như một cặp sao đang xoay quanh nhau có thể bị bỏ qua. "Một pixel trong hình ảnh mà chúng ta đang xem là 14 AU", Bajaj nói. Để hiểu rõ hơn, một AU, hay "đơn vị thiên văn", biểu thị khoảng cách đáng kinh ngạc giữa hành tinh của chúng ta và mặt trời — khoảng 93 triệu dặm (150 triệu km). Theo một cách nào đó, thật đáng chú ý khi con người có thể thực hiện khám phá này.
Dấu vết giấy tờ
Để hiểu Bajaj đi đến kết luận của mình như thế nào, hãy nhớ lại ba bài báo đầu tiên đó. Cả ba đều liên quan đến động lực học của các đĩa chứa đầy vật chất xung quanh các ngôi sao. Chính bên trong các đĩa này, các hành tinh có thể nở hoa từ những hạt giống đá hoặc khí, đó là lý do tại sao chúng lại thú vị đối với các nhà khoa học. Cụ thể hơn, Bajaj và nhóm của ông đã phải đau đầu về cách vật chất từ những đĩa đó đôi khi có thể rơi xuống các ngôi sao neo giữ chúng. Có một điều gì đó bí ẩn tại sao điều này lại xảy ra."Ví dụ," Bajaj nói, "Trái Đất quay quanh Mặt Trời, nhưng nó không rơi xuống Mặt Trời vì nó liên tục quay quanh quỹ đạo đó." Theo các định luật vật lý do Isaac Newton đưa ra, nếu quỹ đạo của một vật thể không bị gián đoạn, thì nó không nên bắt đầu thay đổi quỹ đạo của mình. Vì vậy, nhóm nghiên cứu lý luận rằng, có thể có thứ gì đó đang làm nhiễu loạn các đĩa rơi vào trong như vậy và chúng không tự hoạt động. Tất cả sẽ hợp lý nếu các đĩa mất một số mômen động lượng, chẳng hạn — nhưng để làm được điều đó, có lẽ chúng cần mất một số khối lượng. Vậy, sự mất khối lượng đó xảy ra như thế nào?
Đây là câu hỏi cơ bản mà Bajaj và các nhà nghiên cứu khác đặt ra để trả lời.
Tóm lại, bài báo đầu tiên của nhóm đã xác nhận rằng "gió" mạnh có thể di chuyển vật chất từ đĩa theo chiều thẳng đứng lên trên. Bài báo thứ hai có mục đích tính toán lượng vật chất phóng ra qua các luồng tia bắn ra từ các đĩa, tương tự như gió nhưng nhanh hơn và hẹp hơn nhiều. Trong khi đó, bài báo thứ ba có mục đích kết nối hai bài báo đầu tiên, so sánh khối lượng mất đi qua gió với khối lượng mất đi qua luồng tia. Nhưng Bajaj thấy có điều gì đó đáng ngờ trong tập dữ liệu cuối cùng của mình.
Công trình của nhóm ông về luồng tia liên quan đến đĩa năng lượng cao dựa trên bốn ứng cử viên sao trong vùng hình thành sao Taurus, nằm cách Trái đất khoảng 457 năm ánh sáng — và một trong những ứng cử viên này có luồng tia trông có vẻ… quá hoàn hảo? Nó được gọi là TAU 042021.
"Vật thể đặc biệt này nổi bật vì nó rất đối xứng — tôi nghĩ đây có lẽ là trường hợp đối xứng luồng tia tốt nhất mà chúng ta từng thấy cho đến nay", ông nói. "Cách duy nhất bạn có thể giải thích loại đối xứng này là bằng hệ nhị phân."
Tính đối xứng tự nói lên điều đó
Trong trường hợp này, thuật ngữ "đối xứng" được sử dụng để chỉ hai thùy của một tia phun ra từ một vật thể — thùy phía trên vật thể và thùy phía dưới vật thể — đồng bộ với nhau."Nếu hai bên của thùy không liên quan gì đến nhau, giống như chúng chuyển động ngẫu nhiên, thì điều đó không cho bạn biết bất cứ điều gì — có lẽ là do môi trường xung quanh", Bajaj nói. "Nhưng khi bạn tìm thấy một số loại đối xứng, hoặc thậm chí là phản đối xứng, thì nó sẽ cho bạn biết nhiều điều hơn thế nữa."
"Nếu có bất cứ điều gì xảy ra với chính đĩa, thì những gì bạn sẽ thấy là một sự đối xứng giống như điểm", Bajaj nói thêm. "Về cơ bản, chúng sẽ luôn hoàn toàn đối lập với nhau — nhưng điều gì sẽ xảy ra khi bạn có một sao đôi?"
Điều mà sự đối xứng cụ thể này cho Bajaj biết là tia mà ông nhìn thấy liên quan đến TAU 042021 rất có thể thậm chí không đến từ đĩa hành tinh của ngôi sao đó. Nó có thể phát ra từ một ngôi sao khác quay quanh ngôi sao ban đầu.
"Phản ứng đầu tiên của tôi là, 'Ồ, thật tuyệt vời'", Bajaj nói. "Về mặt kỹ thuật, đây sẽ là khám phá đầu tiên của riêng tôi theo một nghĩa nào đó, vì vậy tôi rất phấn khích — nhưng đồng thời, tôi cũng tự hỏi: 'Nhưng tôi biết gì chứ?'"
Bước tiếp theo, tất nhiên, là kiểm tra giả thuyết của ông càng nhiều càng tốt; ông quyết định sử dụng các mô hình sao đôi đã biết để đảm bảo mọi thứ đều được kiểm tra. Và, đúng là như vậy: "Vào một thời điểm nào đó, tôi đã xem đủ tài liệu để biết rằng điều này là có thật."
Thông số kỹ thuật của sao
Thực tế là Bajaj đang xem xét tỷ lệ một pixel trên 14 AU trong tập dữ liệu của mình, kết hợp với thực tế là cả hai ngôi sao trong hệ sao đôi mới tìm thấy đều là những ngôi sao sơ sinh chưa bắt đầu quá trình tổng hợp hạt nhân cốt lõi của chúng — chúng ta không biết tấn gì về các chủ thể sao. Tuy nhiên, chúng ta biết một chút.Ví dụ, chúng ta biết rằng các ngôi sao cách nhau một khoảng cách là 1,35 AU, thực tế là khá gần về mặt thiên văn học. Nếu bạn có thể hình dung ra, điều đó có nghĩa là hai ngôi sao chỉ cách nhau một chút so với Trái đất và mặt trời. Chúng ta cũng biết rằng khối lượng của một trong hai ngôi sao phải bằng khoảng 0,33 khối lượng mặt trời trong khi ngôi sao kia phải bằng khoảng 0,07 khối lượng mặt trời. Hãy nhớ rằng, chúng là những ngôi sao con, vì vậy không giống như hai vật thể có kích thước bằng mặt trời đang nằm gần nhau như vậy. Và, thật hấp dẫn, Bajaj đã giải quyết được rằng đĩa xung quanh hệ thống thực sự (thực sự) dày — lên đến 250 AU trong các hạt bụi có kích thước micron. "Điều này tương ứng với gần 27.000 lần đường kính của mặt trời", ông nhận xét. Trong khi đó, đường kính của đĩa được ước tính lên tới 500 AU. Để biết bối cảnh, khoảng cách từ mặt trời đến điểm cuối của Vành đai Kuiper trải dài xa hơn Sao Hải Vương chỉ khoảng 50 AU.
"Ngay cả trong trường hợp sao đôi, đối với khối lượng cụ thể này của ngôi sao, tôi nghĩ nó vẫn là một ngoại lệ", Bajaj nói về đĩa khổng lồ.
Một chút thông tin này cũng có thể đủ để làm xáo trộn một số nghiên cứu đang diễn ra trong cộng đồng thiên văn học.
"Tôi nghĩ rằng phản ứng đầu tiên sẽ là, 'Ồ, thật tuyệt,'" Bajaj nói. "Và sau đó phản ứng thứ hai sẽ là 'Ồ, chúng ta tiêu đời rồi. Nghiên cứu của chúng ta tiêu đời rồi.'"
Đó là vì vật thể TAU 042021 được các nhà vật lý nghiên cứu khá kỹ lưỡng, bao gồm cả thông qua hình ảnh của Kính viễn vọng không gian James Webb (JWST). Đó là vì, thật tình cờ, vị trí của Trái đất trong không gian cho phép chúng ta quan sát cạnh đĩa của ngôi sao. Hãy tưởng tượng bạn cầm một chiếc đĩa ăn tối trước mặt, nếu mặt đĩa ngang tầm mắt với bạn, bạn đang nhìn vào cạnh đĩa.
Đây là một lợi thế rất lớn, vì các ngôi sao có thể trở nên rất (rất) sáng. "Bất kể thiết bị của bạn nhạy đến mức nào, bạn vẫn có thể nhìn vào nó", Bajaj nói. "Đôi khi ngôi sao quá sáng, vì vậy chúng ta không thể quan sát nó bằng các thiết bị tuyệt vời như JWST — nhưng ở đây, điều đó không xảy ra. Ở đây, ngôi sao không cản trở khả năng của chúng ta chút nào."
Ngoài ra, đĩa liên quan đến TAU 042021 được coi là đặc biệt lớn ngay cả trước khi Bajaj biết về bản chất nhị phân của hệ thống.
"Đã có nhiều nghiên cứu với JWST và đúng là chúng sẽ bị ảnh hưởng", Bajaj cho biết. "Rất nhiều trong số chúng là về việc mô hình hóa những gì đang xảy ra ở đĩa."
Ông giải thích rằng nếu bạn đang cố gắng mô hình hóa quá trình tiến hóa hoặc hành vi của đĩa, thì điều quan trọng là phải biết có một ngôi sao hay hai ngôi sao ở trung tâm. Ông cũng chỉ ra rằng có khả năng có một khoảng cách lớn hơn giữa vùng sao trung tâm và điểm bắt đầu của phần bên trong của đĩa so với dự đoán trước đây. "Trong mô hình của họ," ông nói, "đĩa sẽ bắt đầu ở 1,2 AU, nhưng bây giờ đĩa phải bắt đầu ở 4 AU. Vì vậy, đó là một khoảng cách lớn ở đó, và điều đó sẽ dẫn đến rất nhiều thứ khác nhau."
Câu chuyện liên quan:
— Vũ trụ của chúng ta có bị mắc kẹt bên trong một lỗ đen không?
— Thiên hà lấp lánh rực sáng với sự hình thành sao trong hình ảnh mới của Kính viễn vọng không gian James Webb
— Các nhà thiên văn học giải quyết được vụ án về tín hiệu vô tuyến bí ẩn trong không gian sâu lặp lại sau mỗi 2 giờ
Giữa sự hỗn loạn có thể xảy ra đó, Bajaj hy vọng sẽ tiếp tục xem xét tập dữ liệu mà ông từng nghĩ rằng cuối cùng ông đã sẵn sàng để tiếp tục. Ông đang xem xét sự phức tạp của ba chủ thể sao khác và có linh cảm lén lút rằng một trong số chúng cũng là một sao đôi bất ngờ. Ông cũng muốn tìm hiểu xem liệu có thể có nhiều hơn một tia trong hệ thống TAU 042021 hay không, có lẽ một tia đến từ mỗi ngôi sao ở trung tâm của nó và đang cố gắng tìm hiểu xem kính viễn vọng không gian SPHEREx mới ra mắt của NASA có thể giúp ích cho điều đó hay không. Các câu hỏi thì vô tận và cần nhớ rằng chính những chuỗi suy nghĩ này đã truyền cảm hứng cho Kính viễn vọng không gian James Webb ngay từ đầu. Nó thực sự đã thực hiện được lời hứa của mình.
Như Bajaj đã nói: "Những tập dữ liệu của Kính viễn vọng không gian James Webb này thật đẹp."
