Một nghiên cứu mang tính đột phá đã đo được khối lượng thực sự của những ngôi sao nặng nhất trong Dải Ngân hà, mang đến cái nhìn hiếm hoi về quá trình tiến hóa của các ngôi sao ở mức độ cực đoan nhất.
Nghiên cứu gần đây đã cung cấp cho các nhà thiên văn học những phép đo chưa từng có về một số ngôi sao lớn nhất trong Dải Ngân Hà, làm sáng tỏ cấu trúc, sự tiến hóa và số phận cuối cùng của chúng. Nghiên cứu, được trình bày chi tiết trong bài báo gần đây trên Tạp chí Vật lý Thiên văn , đã phân tích một nhóm các hệ sao đôi, trong đó hai ngôi sao quay quanh nhau rất gần. Những hệ sao này mang đến một cơ hội hiếm có: chuyển động của chúng cho phép các nhà khoa học tính toán trực tiếp khối lượng sao thay vì chỉ dựa vào các mô hình lý thuyết. Bằng cách kết hợp quang phổ độ phân giải cao và các chiến dịch quan sát cẩn thận, các nhà nghiên cứu hiện đã thiết lập được các ước tính khối lượng chính xác hơn, có khả năng định hình lại hiểu biết của chúng ta về giới hạn trên của khối lượng sao trong thiên hà.
Sao đôi tiết lộ bí mật của chúng như thế nào?
Sao đôi, đặc biệt là sao đôi khối lượng lớn, đóng vai trò như những phòng thí nghiệm tự nhiên cho vật lý thiên văn. Trong hầu hết các trường hợp, việc đo khối lượng của một ngôi sao khối lượng lớn là một thách thức vì các mô hình phụ thuộc rất nhiều vào các giả định về độ sáng, thành phần và sự tự quay của sao . Ngược lại, khi hai ngôi sao quay quanh nhau, lực hấp dẫn mà mỗi bên tác động lên bên kia sẽ gây ra những thay đổi có thể phát hiện được trong quang phổ của chúng. Những dịch chuyển này, được gọi là hiệu ứng Doppler, cho phép các nhà thiên văn học suy ra khối lượng của các ngôi sao với độ tin cậy cao.
"Đối với những ngôi sao có khối lượng lớn nhất, các nhà thiên văn học thường phải dựa vào các mô hình không được kiểm soát chặt chẽ để 'cân' ngôi sao. Tuy nhiên, nghiên cứu này tập trung vào một loại hệ sao đôi đặc biệt, nơi chúng ta có thể có được phép đo khối lượng cơ bản hơn", Sarah Bodansky từ Đại học Carleton cho biết. Phương pháp tiếp cận này rất quan trọng vì nó bỏ qua nhiều bất định vốn có trong các mô hình sao đơn lẻ, mang đến cho các nhà nghiên cứu cái nhìn hiếm hoi về các đặc tính vật lý thực sự của những ngôi sao khổng lồ này.
Vùng xung quanh NGC 3603-A1. Các vòng tròn có đường kính 0.”25; các thành phần lân cận A2 và A3 cách A1 khoảng một phần ba giây cung. Hình ảnh được chụp bằng Máy ảnh độ phân giải cao của ACS trên HST; đây là một phần nhỏ của phơi sáng mưa phùn 8 giây thu được thông qua bộ lọc F550W như một phần của Mã chương trình 10602 (PI: Maiz Apellaniz). Các thành phần A1, B và C đều được L. Drissen và cộng sự ( 1995 ) gọi là “WN6+abs”, mặc dù ngày nay chúng ta gọi chúng là các ngôi sao “slash” O2-3I*/WN5-6; thành phần A2 được phân loại là O3V và A3 là O3 III(f*) (L. Drissen và cộng sự, 1995 ). Hướng Bắc ở trên, và hướng Đông ở bên trái.
Vai trò của quan sát quang phổ trong việc xác định khối lượng
Phân tích quang phổ chi tiết đóng vai trò trung tâm trong dự án này. Bằng cách quan sát các ngôi sao trên nhiều quỹ đạo, các nhà thiên văn học có thể phát hiện ra những mô hình tinh tế trong các vạch quang phổ của chúng , cho thấy vận tốc của các ngôi sao hướng về và ra xa Trái Đất. Những dịch chuyển này, khi được mô hình hóa chính xác, sẽ chuyển thành ước tính khối lượng chính xác.
Tiến sĩ Phil Massey của Đài quan sát Lowell cho biết: "Công trình của Sarah đã giúp dự án này tiến triển. Cô ấy nhận thấy một điều mà mọi người đã bỏ lỡ: một số đặc điểm quang phổ tăng gấp đôi khi các ngôi sao có chuyển động mạnh nhất về phía chúng ta và ra xa chúng ta. Nếu không có khám phá này, dự án đã bị đình trệ" . Khám phá này mang tính then chốt: nó xác nhận chuyển động quỹ đạo và cho phép nhóm nghiên cứu tính toán khối lượng với độ tin cậy cao hơn nhiều so với trước đây.
Ý nghĩa đối với sự tiến hóa của sao
Các phép đo khối lượng chính xác của các ngôi sao khổng lồ cung cấp những hiểu biết quan trọng về quá trình tiến hóa của sao, tiền thân của siêu tân tinh và sự hình thành lỗ đen . Các ngôi sao có khối lượng lớn hơn 50–60 lần khối lượng mặt trời sống nhanh và chết trẻ, thường kết thúc dưới dạng lỗ đen hoặc sao neutron . Cho đến nay, khối lượng chính xác của chúng vẫn còn hạn chế, làm hạn chế hiểu biết của chúng ta về cách những ngôi sao này ảnh hưởng đến môi trường thiên hà của chúng.
Những phát hiện mới cho thấy một số sao đôi lớn trong thiên hà của chúng ta nặng hơn so với suy nghĩ trước đây, điều này thách thức các mô hình hiện tại về mất khối lượng, quay và trộn lẫn bên trong . Điều này có ý nghĩa sâu rộng trong việc dự đoán kết quả siêu tân tinh, sự làm giàu hóa học của môi trường liên sao, và thậm chí cả nguồn sóng hấp dẫn từ các vụ sáp nhập sao lớn.
Kỷ nguyên mới cho phép đo khối lượng của các vì sao
Thành công của nghiên cứu này nhấn mạnh tầm quan trọng của quang phổ học có độ chính xác cao và các chiến dịch quan sát dài hạn tỉ mỉ. Nó chứng minh rằng với các kỹ thuật phù hợp và phân tích cẩn thận, các nhà thiên văn học có thể vượt qua những rào cản quan sát để nghiên cứu ngay cả những vật thể cực đoan nhất trong thiên hà của chúng ta.
Sự hợp tác giữa các nhà thiên văn học quan sát và các nhà lý thuyết là một mô hình cho các nghiên cứu trong tương lai, đảm bảo rằng những hiểu biết sâu sắc về khối lượng, quá trình tiến hóa và số phận cuối cùng của các ngôi sao vừa mạnh mẽ vừa có ý nghĩa. Khi công nghệ tiến bộ, ngay cả những ngôi sao lớn hơn và xa xôi hơn cũng có thể được cân đo chính xác, đưa chúng ta đến gần hơn với việc hiểu được những lực mạnh mẽ nhất định hình vũ trụ.
Nguồn: dailygalaxy
