Trung Quốc phát hiện hệ ba sao cực hiếm, gợi nhớ tiểu thuyết viễn tưởng "Tam Thể"

Các nhà khoa học Trung Quốc đã phát hiện ra một dạng phát xạ xung mới bằng cách sử dụng Kính viễn vọng vô tuyến hình cầu khẩu độ 500 mét (FAST) của nước này. Ảnh: Xinhua.

Một phát hiện thiên văn mới của các nhà khoa học Trung Quốc đang khiến ranh giới giữa khoa học viễn tưởng và thực tế trở nên thú vị hơn bao giờ hết: một hệ ba sao cực hiếm, trong đó hai ngôi sao đã chết và một ngôi sao vẫn đang tỏa sáng cùng tồn tại trong một vũ điệu vũ trụ ổn định.

Trong tác phẩm khoa học viễn tưởng nổi tiếng Tam Thể (The Three-Body Problem) của nhà văn kiêm kỹ sư máy tính Lưu Từ Hân, ba mặt trời khiến một hành tinh rơi vào hỗn loạn và đối mặt với số phận diệt vong. Tuy nhiên, các nhà thiên văn học Trung Quốc cho biết họ đã tìm thấy một hệ ba sao có thật, với chuyển động ổn định hơn nhiều so với thế giới hư cấu đó.

Sử dụng kính viễn vọng vô tuyến FAST — kính thiên văn vô tuyến đơn khẩu độ lớn nhất thế giới, đặt tại tây nam Trung Quốc — nhóm nghiên cứu phát hiện hai ngôi sao đã chết và một ngôi sao “còn sống” đang chuyển động theo quỹ đạo ổn định, cách Trái đất khoảng 7.000 năm ánh sáng.

Một trong hai ngôi sao đã chết là sao xung, quay hơn 300 vòng mỗi giây, với tốc độ gần tương đương lưỡi dao của máy xay thực phẩm trong nhà bếp. Nó quay quanh người bạn đồng hành là một sao lùn trắng — phần lõi mờ, đã cạn kiệt nhiên liệu của một ngôi sao có khối lượng nhỏ hơn — với chu kỳ khoảng 8 ngày.

Trong khi đó, một ngôi sao có đặc điểm tương tự Mặt trời chuyển động quanh cặp sao này từ khoảng cách xa hơn nhiều, mất 73,5 năm để hoàn thành một vòng quỹ đạo.

Nhóm nghiên cứu do ông Hàn Kim Lâm thuộc Đài quan sát Thiên văn Quốc gia Trung Quốc tại Bắc Kinh dẫn đầu đã công bố phát hiện trên tạp chí The Astrophysical Journal Letters hồi đầu tháng này. Đây mới là hệ sao thứ hai thuộc loại này được biết đến, sau hệ sao do một nhóm nghiên cứu dẫn đầu bởi các nhà khoa học Mỹ phát hiện năm 2014. Điểm khác biệt là cả ba ngôi sao trong hệ được phát hiện trước đó đều đã chết.

“Quá trình tiến hóa chi tiết của các hệ ba sao rất phức tạp và chưa được hiểu rõ”, nhóm nghiên cứu viết trong bài báo. Theo các nhà khoa học, hệ sao mới được xác định có tính “độc nhất”, tạo cơ hội nghiên cứu cách những hệ sao gồm ba thành viên biến đổi theo thời gian.

Các hệ ba sao không phải hiện tượng quá hiếm gặp. Tuy nhiên, những hệ có chứa sao xung mili giây — lõi quay cực nhanh còn sót lại sau khi một ngôi sao khối lượng lớn phát nổ vào cuối vòng đời — lại “cực kỳ hiếm”. Theo nhóm nghiên cứu, nguyên nhân là vụ nổ của ngôi sao có thể dễ dàng phá vỡ cấu trúc liên kết giữa các thành viên trong hệ.

Những hệ sao như vậy mang lại cơ hội hiếm có để giới thiên văn kiểm chứng các lý thuyết về lực hấp dẫn. Chẳng hạn, hệ sao mới có thể giúp kiểm tra một nguyên lý quan trọng trong thuyết hấp dẫn của Albert Einstein, gọi là nguyên lý tương đương mạnh. Nguyên lý này cho rằng mọi vật đều rơi theo cùng một cách trong trường hấp dẫn, bất kể đó là chiếc lông vũ hay một sao chết có kích thước tương đương thành phố và khối lượng lớn hơn Mặt trời.

Sao xung quay chậm bất thường hé lộ bí mật của hệ ba sao

Sao xung được xem là một trong những chiếc đồng hồ đáng tin cậy nhất trong vũ trụ. Khi quay, chúng quét các chùm sóng vô tuyến qua không gian giống như ánh sáng từ ngọn hải đăng. Những xung tín hiệu đến Trái đất đều đặn đến mức có thể đạt độ chính xác sánh ngang đồng hồ nguyên tử.

Vì vậy, các nhà thiên văn học đã bối rối khi sao xung trong hệ mới dường như chạy chậm hơn dự kiến. Được FAST phát hiện lần đầu vào năm 2020, ngôi sao này sau đó được một nhóm nghiên cứu thuộc Đài quan sát Thiên văn Tân Cương theo dõi trong 5 năm. Kết quả cho thấy tốc độ quay của nó giảm nhanh hơn khoảng 100 lần so với các sao xung khác cùng loại.

Trong một nghiên cứu đăng trên tạp chí Nature Astronomy hồi tháng 4, nhóm khoa học Tân Cương cho biết phát hiện này đặt ra thách thức đối với lý thuyết phổ biến về quá trình hình thành các sao xung như vậy. Họ cũng nhận thấy những dấu hiệu cho thấy có thể còn một thiên thể khác ẩn giấu trong hệ sao.

Nhóm nghiên cứu đứng sau phát hiện mới quyết định tìm hiểu sâu hơn. Bằng cách kết hợp dữ liệu từ FAST với quan sát của các kính viễn vọng khác, trong đó có dữ liệu tia gamma kéo dài 18 năm từ kính viễn vọng không gian Fermi của Cơ quan Hàng không và Vũ trụ Mỹ (NASA), các nhà khoa học đã tìm ra nguyên nhân: một ngôi sao giống Mặt trời ẩn ngay trong hệ mà trước đó chưa được nhận diện.

Khi ngôi sao này từ từ quay quanh cặp sao ở trung tâm, lực hấp dẫn của nó kéo sao xung qua lại. Chuyển động đó khiến các nhà quan sát có cảm giác tốc độ quay của sao xung đang giảm, dù hiện tượng thực tế phức tạp hơn nhiều so với việc bản thân ngôi sao đơn thuần quay chậm lại.

Theo nhóm nghiên cứu, cả ba ngôi sao nhiều khả năng được sinh ra cùng lúc từ một đám mây khí, giống như những người anh chị em sinh ba. Tuy nhiên, do khối lượng ban đầu rất khác nhau, chúng tiến hóa và già đi với tốc độ khác biệt rõ rệt.

Ngôi sao lớn nhất có khối lượng gấp khoảng 20 lần Mặt trời đã cạn kiệt nhiên liệu trước tiên và phát nổ, để lại sao xung. Ngôi sao thứ hai sau đó dần tàn lụi, trở thành sao lùn trắng.

Thành viên nhỏ nhất, có khối lượng xấp xỉ Mặt trời, nằm đủ xa để sống sót sau cái chết của hai ngôi sao còn lại và hiện vẫn tiếp tục phát sáng. Tuy nhiên, theo các nhà nghiên cứu, cuối cùng nó cũng sẽ cạn kiệt nhiên liệu. Khi đó, hệ sao có thể còn lại một sao xung và hai sao lùn trắng, tương tự hệ ba sao được phát hiện năm 2014.

Một nhóm nghiên cứu châu Âu, gồm các nhà khoa học đến từ Đức, Hà Lan, Pháp và Anh, cũng độc lập đi đến kết luận tương tự trong một bài báo được đăng tải trực tuyến hồi tháng 7.

Cả hai nhóm đều xác định rằng ngôi sao giống Mặt trời sẽ tiến đến vị trí gần cặp sao trung tâm nhất vào năm 2036. Khi đó, lực hấp dẫn của nó tác động lên sao xung sẽ thay đổi nhanh chóng, tạo điều kiện để các nhà khoa học đo đạc hệ sao với độ chính xác cao hơn đáng kể.

Đây có thể là cơ hội quan trọng để giới thiên văn kiểm tra sâu hơn các lý thuyết về lực hấp dẫn, đồng thời hiểu rõ hơn cách những hệ sao đặc biệt tiến hóa qua hàng triệu, thậm chí hàng tỷ năm.