Hé lộ hệ sao đôi khổng lồ trong Dải Ngân Hà: Bí ẩn tiến hóa và manh mối hình thành lỗ đen

NGC 3603 là một vùng bùng nổ sao nằm cách Mặt trời 22.000 năm ánh sáng, đây là vùng gần nhất thuộc loại này được biết đến trong Ngân hà của chúng ta. Nguồn: ESO

Hệ sao NGC 3603-A1 gồm hai ngôi sao khổng lồ bị khóa chặt trong quỹ đạo siêu nhanh, chỉ mất 3,8 ngày để hoàn thành một vòng quay. Một ngôi sao có khối lượng gấp khoảng 93 lần Mặt Trời, trong khi ngôi còn lại nặng gấp 70 lần Mặt Trời, tạo nên một trong những cặp sao đôi đồ sộ nhất từng được xác định trong Dải Ngân Hà.

Điều khiến hệ sao này đặc biệt phi thường nằm ở tốc độ quỹ đạo. Trong khi Trái Đất mất một năm để quay quanh Mặt Trời, thì chỉ trong khoảng thời gian đó, hai ngôi sao này đã kịp hoàn thành gần 100 vòng quay quanh nhau. Khoảng cách cực gần kết hợp với khối lượng khổng lồ đã tạo ra những tương tác mãnh liệt, liên tục thay đổi chính cấu trúc của cả hai ngôi sao.

Phát hiện từ dữ liệu tưởng chừng bị bỏ quên

Việc phát hiện NGC 3603-A1 là kết quả của nhiều năm nghiên cứu, trong đó có sự đóng góp bất ngờ từ Sarah Bodansky, sinh viên năm cuối Đại học Carleton. Vào mùa hè năm 2020, khi làm việc từ xa tại Đài quan sát Lowell trong thời kỳ dịch bệnh, cô đã phát hiện ra chi tiết đặc biệt trong dữ liệu cũ của kính viễn vọng không gian Hubble.

Tiến sĩ Phil Massey (Đài thiên văn Lowell) cho biết: “Sarah đã giúp dự án bước sang trang mới. Cô ấy nhận thấy một điều mà mọi người bỏ lỡ: một số đặc điểm quang phổ bị tách đôi khi các ngôi sao di chuyển nhanh về phía chúng ta và ra xa chúng ta. Nếu không có khám phá này, dự án đã dừng lại từ lâu”.

Quan sát này chứng minh rằng thứ tưởng như chỉ là một ngôi sao đơn lẻ thực chất lại là hệ sao đôi. Nằm trong cụm sao dày đặc NGC 3603, một trong những “lò ấp” sao mạnh mẽ nhất của Dải Ngân Hà, hệ thống này chỉ có thể được phân tích nhờ độ phân giải vượt trội của Hubble.

Lõi của cụm sao NGC 3603 được hiển thị rất chi tiết trong hình ảnh từ Camera Hành tinh Trường Rộng 2 (WFPC2) trên Kính viễn vọng Không gian Hubble của NASA/ESA. NGC3603-A1 là ngôi sao sáng nhất (và nằm ở góc trên bên phải) trong ba ngôi sao ở trung tâm, hầu như không có độ phân giải. Nguồn: NASA, ESA và Wolfgang Brandner

Người khổng lồ “cải trang” thành sao sắp chết

Điều bất ngờ là cả hai ngôi sao trong hệ NGC 3603-A1 vẫn còn rất trẻ, nhưng lại mang diện mạo của những ngôi sao Wolf-Rayet – vốn là dạng sao già cỗi, hấp hối, tự thổi bay lớp vỏ ngoài bằng gió sao dữ dội. Điều này cho thấy các điều kiện khắc nghiệt có thể khiến sao trẻ trông già hơn nhiều so với thực tế.

Sự tương tác trong cặp sao này cũng hé lộ một cơ chế thú vị: ngôi sao nhỏ hơn dường như đã “đánh cắp” khối lượng từ ngôi lớn hơn, khiến nó quay nhanh hơn. Đây là quá trình chuyển giao vật chất đóng vai trò quan trọng trong việc lý giải sự tiến hóa của các sao khối lượng lớn.

Sarah Bodansky nhận định: "Đối với những ngôi sao nặng nhất, các nhà thiên văn thường chỉ có thể dựa vào mô hình tính toán. Nhưng với loại hệ sao đôi đặc biệt này, chúng ta có cơ hội đo trực tiếp khối lượng một cách chính xác hơn".

Manh mối về tương lai sóng hấp dẫn

Các hệ sao đôi khổng lồ như NGC 3603-A1 chính là tiền thân của các cặp hố đen. Khi hợp nhất, chúng có thể tạo ra sóng hấp dẫn – hiện tượng lần đầu được con người phát hiện vào năm 2015.

Hiểu rõ cách những “người khổng lồ” này tiến hóa sẽ giúp các nhà thiên văn học dự đoán vị trí cũng như thời điểm các vụ va chạm vũ trụ có thể xảy ra trong tương lai.

La Khê (Theo SciTechDaily)