Một luồng khí và bụi lưỡng cực khổng lồ, phát triển từ sự ra đời đầy biến động của một hệ sao đôi, đã hình thành nên một chiếc đồng hồ cát vũ trụ — và Kính viễn vọng không gian James Webb đã chụp được cảnh tượng này với độ chi tiết tuyệt đẹp.
Được gọi là Lynds 483, hay LBN 483, luồng khí tinh vân này nằm cách xa khoảng 650 năm ánh sáng. Đây là cơ hội lý tưởng để Kính viễn vọng không gian James Webb tìm hiểu thêm về quá trình hình thành sao. (Beverly Lynds là một nhà thiên văn học đã lập danh mục cả tinh vân sáng – BN – và tinh vân tối – DN – vào những năm 1960)
Làm thế nào mà sự ra đời của các ngôi sao lại tạo thành một tinh vân như thế này? Vâng, các ngôi sao phát triển bằng cách tích tụ vật chất từ môi trường xung quanh trực tiếp của một đám mây khí phân tử bị sụp đổ do lực hấp dẫn. Tuy nhiên, nghịch lý thay, chúng có thể phun ra một số vật chất trở lại thành các luồng tia nhanh, hẹp hoặc các luồng chảy rộng hơn nhưng chậm hơn. Các tia và luồng chảy này va chạm với khí và bụi xung quanh, tạo ra các tinh vân như LBN 483.
Các tia được hình thành bởi vật chất có nhiều phân tử khác nhau rơi xuống các tiền sao trẻ. Trong trường hợp của LBN 483, không chỉ có một mà là hai ngôi sao nguyên thủy, ngôi sao chính có một ngôi sao đồng hành có khối lượng thấp hơn chỉ được phát hiện gần đây nhất là vào năm 2022 bởi một nhóm do Erin Cox của Đại học Northwestern đứng đầu sử dụng ALMA, Mảng Atacama Large Millimeter/submillimeter ở Chile. Thực tế là có hai ngôi sao ẩn núp ở trung tâm của tinh vân hình con bướm này sẽ rất quan trọng, như chúng ta sẽ thấy.
Chúng ta không thể nhìn thấy hai ngôi sao tiền thân đó trong hình ảnh Camera cận hồng ngoại của JWST — chúng quá nhỏ so với tỷ lệ của hình ảnh này — nhưng nếu chúng ta có thể tưởng tượng phóng to vào trung tâm của tinh vân, giữa hai thùy hoặc "cánh" của nó, chúng ta sẽ thấy hai ngôi sao này nằm gọn trong một đám mây khí và bụi dày đặc hình bánh rán. Đám mây này được bổ sung vật liệu từ tinh vân hình con bướm dạng khí ở xa hơn; các ngôi sao phát triển từ vật liệu tích tụ vào chúng từ chiếc bánh rán bụi bặm.
Các luồng tia và luồng chảy ra không phải là hằng số mà xảy ra theo từng đợt, phản ứng với các giai đoạn khi các ngôi sao con được cho ăn quá nhiều và phun ra một số vật liệu tích tụ của chúng. Từ trường đóng vai trò quan trọng ở đây, định hướng các luồng hạt tích điện này.
Trong LBN 483, JWST chứng kiến các luồng tia và luồng hạt này va chạm với cả tử cung tinh vân xung quanh cũng như vật chất bị đẩy ra trước đó. Khi luồng hạt va vào vật chất xung quanh, các hình dạng phức tạp được hình thành. Luồng hạt mới tràn qua và phản ứng với mật độ của vật chất mà nó gặp phải.
Toàn bộ khung cảnh được chiếu sáng bởi ánh sáng của chính những ngôi sao đang phát triển, chiếu lên và xuống qua các lỗ của những chiếc bánh rán bụi bặm, do đó tại sao chúng ta nhìn thấy các thùy sáng hình chữ V và các vùng tối giữa chúng, nơi ánh sáng bị chặn bởi hình xuyến.
JWST đã chọn ra các chi tiết phức tạp trong các thùy của LBN 483, cụ thể là các vòng xoắn và nếp nhăn đã đề cập ở trên. Vòng cung màu cam sáng là mặt trận xung kích, nơi luồng hạt hiện đang va vào vật chất xung quanh. Chúng ta cũng có thể thấy những thứ trông giống như trụ cột, có màu tím nhạt ở đây (tất cả đều là màu giả, có nghĩa là đại diện cho các bước sóng hồng ngoại khác nhau) và hướng ra xa hai ngôi sao. Những trụ cột này là những đám khí và bụi dày đặc hơn mà các luồng khí thoát ra vẫn chưa thể xói mòn, giống như cách các ngọn đồi cao chót vót ở phía tây Hoa Kỳ vẫn kiên cường chống lại sự xói mòn của gió và mưa.
Các quan sát của ALMA đã phát hiện ra sóng vô tuyến phân cực phát ra từ bụi lạnh ở trung tâm tinh vân — bụi quá lạnh để ngay cả JWST cũng không phát hiện được. Sự phân cực của các sóng vô tuyến này là do hướng của từ trường bao trùm khu vực bên trong của LBN 483. Từ trường này song song với các luồng khí thoát ra tạo thành LBN 483, nhưng vuông góc với luồng vật chất rơi vào hai ngôi sao.
Hãy nhớ rằng, chính từ trường là thứ cuối cùng thúc đẩy các luồng chảy ra, vì vậy cách nó hoạt động rất quan trọng đối với việc tạo hình dạng của tinh vân. Phân cực bụi cho thấy rằng cách các ngôi sao khoảng 93 tỷ dặm (150 tỷ kilômét/1.000 đơn vị thiên văn) (tương tự như khoảng cách từ Voyager 1 đến mặt trời của chúng ta), từ trường có một góc gấp 45 độ ngược chiều kim đồng hồ rõ rệt. Điều này có thể ảnh hưởng đến cách các luồng chảy ra định hình LBN 483.
Sự xoắn này là kết quả của chuyển động của các ngôi sao đang phát triển. Hiện tại, hai tiền sao cách nhau 34 đơn vị thiên văn (3,2 tỷ dặm/5,1 tỷ kilômét), chỉ xa hơn một chút so với khoảng cách từ Sao Hải Vương đến Mặt trời của chúng ta. Tuy nhiên, giả thuyết hàng đầu cho rằng hai ngôi sao được sinh ra cách xa nhau hơn, và sau đó một ngôi sao di chuyển đến gần ngôi sao kia hơn. Điều này có thể làm thay đổi sự phân bố của mômen động lượng (động lượng của các vật thể quay quanh) trong hệ thống trẻ. Giống như năng lượng, động lượng phải được bảo toàn, vì vậy mômen động lượng dư thừa sẽ được đổ vào từ trường được mang theo bởi các luồng chảy ra theo cùng cách mà từ trường của mặt trời của chúng ta được mang theo bởi gió mặt trời, khiến từ trường bị xoắn.
Nghiên cứu các hệ thống trẻ như hệ thống cung cấp năng lượng cho LBN 483 là rất quan trọng để tìm hiểu thêm về cách các ngôi sao hình thành, bắt đầu với một đám mây khí phân tử khổng lồ trở nên mất ổn định, trải qua sự sụp đổ hấp dẫn và phân mảnh thành các khối, mỗi khối là tử cung của một hệ thống sao mới. LBN 483 đặc biệt thú vị ở chỗ nó dường như không phải là một phần của vùng hình thành sao lớn hơn như Tinh vân Orion, và do đó, với tư cách là một điểm hình thành sao biệt lập, nó có thể hoạt động theo các quy tắc hơi khác so với những vườn ươm sao khổng lồ đó.
Các câu chuyện liên quan:
— Liệu vũ trụ của chúng ta có bị mắc kẹt bên trong một lỗ đen không? Khám phá từ Kính viễn vọng không gian James Webb này có thể khiến bạn kinh ngạc
— Nhà thiên văn học này đã tìm thấy một ngôi sao bí ẩn trong dữ liệu của Kính viễn vọng không gian James Webb
— Kính viễn vọng không gian James Webb điều tra nguồn gốc của 'những ngôi sao thất bại' trong Tinh vân Ngọn lửa
Bằng cách nghiên cứu hình dạng của LBN 483 và cách hình dạng đó phát sinh từ các luồng chảy ra từ các tiền sao, và đưa các chi tiết đó vào các mô phỏng số về quá trình hình thành sao để họ có thể sao chép những gì JWST nhìn thấy, các nhà thiên văn học có thể sửa đổi các mô hình hình thành sao của họ và hiểu rõ hơn không chỉ cách tất cả các ngôi sao trên bầu trời đêm hình thành mà còn cả các sự kiện dẫn đến sự ra đời của mặt trời của chúng ta cách đây 4,6 tỷ năm.
Ai mà biết được, có lẽ 4,6 tỷ năm trước, các nhà thiên văn học ngoài hành tinh đã theo dõi quá trình hình thành mặt trời của chúng ta. Và trong 4,6 tỷ năm nữa, những cư dân của hệ sao đôi hiện đang nằm gọn trong LBN 483 có thể đang làm điều tương tự, trong khi vẫn theo dõi cái chết kéo dài của mặt trời. Những nhà thiên văn học này sẽ cách nhau hàng tỷ năm, nhưng được kết nối bởi tuổi thọ vô cùng lớn của các ngôi sao xung quanh họ.
Được gọi là Lynds 483, hay LBN 483, luồng khí tinh vân này nằm cách xa khoảng 650 năm ánh sáng. Đây là cơ hội lý tưởng để Kính viễn vọng không gian James Webb tìm hiểu thêm về quá trình hình thành sao. (Beverly Lynds là một nhà thiên văn học đã lập danh mục cả tinh vân sáng – BN – và tinh vân tối – DN – vào những năm 1960)
Làm thế nào mà sự ra đời của các ngôi sao lại tạo thành một tinh vân như thế này? Vâng, các ngôi sao phát triển bằng cách tích tụ vật chất từ môi trường xung quanh trực tiếp của một đám mây khí phân tử bị sụp đổ do lực hấp dẫn. Tuy nhiên, nghịch lý thay, chúng có thể phun ra một số vật chất trở lại thành các luồng tia nhanh, hẹp hoặc các luồng chảy rộng hơn nhưng chậm hơn. Các tia và luồng chảy này va chạm với khí và bụi xung quanh, tạo ra các tinh vân như LBN 483.
Các tia được hình thành bởi vật chất có nhiều phân tử khác nhau rơi xuống các tiền sao trẻ. Trong trường hợp của LBN 483, không chỉ có một mà là hai ngôi sao nguyên thủy, ngôi sao chính có một ngôi sao đồng hành có khối lượng thấp hơn chỉ được phát hiện gần đây nhất là vào năm 2022 bởi một nhóm do Erin Cox của Đại học Northwestern đứng đầu sử dụng ALMA, Mảng Atacama Large Millimeter/submillimeter ở Chile. Thực tế là có hai ngôi sao ẩn núp ở trung tâm của tinh vân hình con bướm này sẽ rất quan trọng, như chúng ta sẽ thấy.
Chúng ta không thể nhìn thấy hai ngôi sao tiền thân đó trong hình ảnh Camera cận hồng ngoại của JWST — chúng quá nhỏ so với tỷ lệ của hình ảnh này — nhưng nếu chúng ta có thể tưởng tượng phóng to vào trung tâm của tinh vân, giữa hai thùy hoặc "cánh" của nó, chúng ta sẽ thấy hai ngôi sao này nằm gọn trong một đám mây khí và bụi dày đặc hình bánh rán. Đám mây này được bổ sung vật liệu từ tinh vân hình con bướm dạng khí ở xa hơn; các ngôi sao phát triển từ vật liệu tích tụ vào chúng từ chiếc bánh rán bụi bặm.
Các luồng tia và luồng chảy ra không phải là hằng số mà xảy ra theo từng đợt, phản ứng với các giai đoạn khi các ngôi sao con được cho ăn quá nhiều và phun ra một số vật liệu tích tụ của chúng. Từ trường đóng vai trò quan trọng ở đây, định hướng các luồng hạt tích điện này.
Trong LBN 483, JWST chứng kiến các luồng tia và luồng hạt này va chạm với cả tử cung tinh vân xung quanh cũng như vật chất bị đẩy ra trước đó. Khi luồng hạt va vào vật chất xung quanh, các hình dạng phức tạp được hình thành. Luồng hạt mới tràn qua và phản ứng với mật độ của vật chất mà nó gặp phải.
Toàn bộ khung cảnh được chiếu sáng bởi ánh sáng của chính những ngôi sao đang phát triển, chiếu lên và xuống qua các lỗ của những chiếc bánh rán bụi bặm, do đó tại sao chúng ta nhìn thấy các thùy sáng hình chữ V và các vùng tối giữa chúng, nơi ánh sáng bị chặn bởi hình xuyến.
JWST đã chọn ra các chi tiết phức tạp trong các thùy của LBN 483, cụ thể là các vòng xoắn và nếp nhăn đã đề cập ở trên. Vòng cung màu cam sáng là mặt trận xung kích, nơi luồng hạt hiện đang va vào vật chất xung quanh. Chúng ta cũng có thể thấy những thứ trông giống như trụ cột, có màu tím nhạt ở đây (tất cả đều là màu giả, có nghĩa là đại diện cho các bước sóng hồng ngoại khác nhau) và hướng ra xa hai ngôi sao. Những trụ cột này là những đám khí và bụi dày đặc hơn mà các luồng khí thoát ra vẫn chưa thể xói mòn, giống như cách các ngọn đồi cao chót vót ở phía tây Hoa Kỳ vẫn kiên cường chống lại sự xói mòn của gió và mưa.
Các quan sát của ALMA đã phát hiện ra sóng vô tuyến phân cực phát ra từ bụi lạnh ở trung tâm tinh vân — bụi quá lạnh để ngay cả JWST cũng không phát hiện được. Sự phân cực của các sóng vô tuyến này là do hướng của từ trường bao trùm khu vực bên trong của LBN 483. Từ trường này song song với các luồng khí thoát ra tạo thành LBN 483, nhưng vuông góc với luồng vật chất rơi vào hai ngôi sao.
Hãy nhớ rằng, chính từ trường là thứ cuối cùng thúc đẩy các luồng chảy ra, vì vậy cách nó hoạt động rất quan trọng đối với việc tạo hình dạng của tinh vân. Phân cực bụi cho thấy rằng cách các ngôi sao khoảng 93 tỷ dặm (150 tỷ kilômét/1.000 đơn vị thiên văn) (tương tự như khoảng cách từ Voyager 1 đến mặt trời của chúng ta), từ trường có một góc gấp 45 độ ngược chiều kim đồng hồ rõ rệt. Điều này có thể ảnh hưởng đến cách các luồng chảy ra định hình LBN 483.
Sự xoắn này là kết quả của chuyển động của các ngôi sao đang phát triển. Hiện tại, hai tiền sao cách nhau 34 đơn vị thiên văn (3,2 tỷ dặm/5,1 tỷ kilômét), chỉ xa hơn một chút so với khoảng cách từ Sao Hải Vương đến Mặt trời của chúng ta. Tuy nhiên, giả thuyết hàng đầu cho rằng hai ngôi sao được sinh ra cách xa nhau hơn, và sau đó một ngôi sao di chuyển đến gần ngôi sao kia hơn. Điều này có thể làm thay đổi sự phân bố của mômen động lượng (động lượng của các vật thể quay quanh) trong hệ thống trẻ. Giống như năng lượng, động lượng phải được bảo toàn, vì vậy mômen động lượng dư thừa sẽ được đổ vào từ trường được mang theo bởi các luồng chảy ra theo cùng cách mà từ trường của mặt trời của chúng ta được mang theo bởi gió mặt trời, khiến từ trường bị xoắn.
Nghiên cứu các hệ thống trẻ như hệ thống cung cấp năng lượng cho LBN 483 là rất quan trọng để tìm hiểu thêm về cách các ngôi sao hình thành, bắt đầu với một đám mây khí phân tử khổng lồ trở nên mất ổn định, trải qua sự sụp đổ hấp dẫn và phân mảnh thành các khối, mỗi khối là tử cung của một hệ thống sao mới. LBN 483 đặc biệt thú vị ở chỗ nó dường như không phải là một phần của vùng hình thành sao lớn hơn như Tinh vân Orion, và do đó, với tư cách là một điểm hình thành sao biệt lập, nó có thể hoạt động theo các quy tắc hơi khác so với những vườn ươm sao khổng lồ đó.
Các câu chuyện liên quan:
— Liệu vũ trụ của chúng ta có bị mắc kẹt bên trong một lỗ đen không? Khám phá từ Kính viễn vọng không gian James Webb này có thể khiến bạn kinh ngạc
— Nhà thiên văn học này đã tìm thấy một ngôi sao bí ẩn trong dữ liệu của Kính viễn vọng không gian James Webb
— Kính viễn vọng không gian James Webb điều tra nguồn gốc của 'những ngôi sao thất bại' trong Tinh vân Ngọn lửa
Bằng cách nghiên cứu hình dạng của LBN 483 và cách hình dạng đó phát sinh từ các luồng chảy ra từ các tiền sao, và đưa các chi tiết đó vào các mô phỏng số về quá trình hình thành sao để họ có thể sao chép những gì JWST nhìn thấy, các nhà thiên văn học có thể sửa đổi các mô hình hình thành sao của họ và hiểu rõ hơn không chỉ cách tất cả các ngôi sao trên bầu trời đêm hình thành mà còn cả các sự kiện dẫn đến sự ra đời của mặt trời của chúng ta cách đây 4,6 tỷ năm.
Ai mà biết được, có lẽ 4,6 tỷ năm trước, các nhà thiên văn học ngoài hành tinh đã theo dõi quá trình hình thành mặt trời của chúng ta. Và trong 4,6 tỷ năm nữa, những cư dân của hệ sao đôi hiện đang nằm gọn trong LBN 483 có thể đang làm điều tương tự, trong khi vẫn theo dõi cái chết kéo dài của mặt trời. Những nhà thiên văn học này sẽ cách nhau hàng tỷ năm, nhưng được kết nối bởi tuổi thọ vô cùng lớn của các ngôi sao xung quanh họ.
