Một chớp xung kích sáng rực từ một ngôi sao đang phát nổ - đó là cách các nhà thiên văn học gọi một "xung bứt phá" - đã được ghi lại lần đầu tiên trong dải sóng quang học (ánh sáng khả kiến) bởi kính thiên văn không gian Kepler, công cụ chuyên dùng để săn ngoại hành tinh của NASA.
Video mô phỏng sóng xung kích phát ra từ một ngôi sao đang phát nổ dựa theo dữ liệu được vẽ thành biểu đồ ở góc dưới bên phải. Credit: NASA.
Một nhóm khoa học quốc tế dẫn đầu bởi Peter Garnavich, một giáo sư vật lý thiên văn tại trường Đại học Notre Dame (bang Indiana, Hoa Kỳ), đã phân tích ánh sáng thu được bởi kính thiên văn sau mỗi 30 phút trong vòng 3 năm từ 500 thiên hà xa xôi, để tìm kiếm hơn 50 nghìn tỷ ngôi sao. Họ đang săn tìm các dấu hiệu của các vụ nổ kết thúc cuộc đời của các ngôi sao khổng lồ, còn gọi là siêu sao mới.
Năm 2011, hai trong số những ngôi sao khổng lồ này, còn gọi là khổng lồ đỏ, đã phát nổ khi đang ở trong tầm quan sát của Kepler. Ngôi sao khổng lồ đỏ đầu tiên, KSN 2011a, có kích thước gần bằng 300 lần kích thước Mặt Trời và cách khoảng 700 triệu năm ánh sáng từ Trái Đất. Ngôi sao thứ hai là KSN 2011d, có kích thước khoảng 500 lần Mặt Trời và ở xa khoảng 1.2 tỷ năm ánh sáng.
Cho dù đó là một vụ tai nạn máy bay, tai nạn xe hơi hay một siêu sao mới, thì việc chụp ảnh các sự kiện bất ngờ này là cực kỳ khó nhưng rất hữu ích cho sự hiểu biết căn nguyên. Cũng như việc triển khai rộng rãi các máy ảnh di động đã ghi được những đoạn phim quý giá, thì việc quan sát tập trung của Kepler cuối cùng đã cho phép các nhà thiên văn học nhìn thấy một sóng xung kích siêu sao mới khi nó chạm đến bề mặt của một ngôi sao. Bản thân xung bứt phá này tồn tại chỉ trong khoảng 20 phút, nên việc bắt được ánh chớp năng lượng này là một cột mốc tìm kiếm quan trọng của các nhà thiên văn học.
Những siêu sao mới như vậy - còn gọi là siêu sao mới loại II - bắt đầu khi lò lửa bên trong ngôi sao cạn kiệt nhiên liệu hạt nhân khiến cho lõi của nó bị suy sụp khi lực hấp dẫn chiếm ưu thế.
Hai siêu sao mới trùng khớp với mô hình toán học của các vụ nổ loại II củng cố thêm các lý thuyết hiện có. Nhưng chúng cũng tiết lộ một loạt bất ngờ trong các chi tiết đơn lẻ của các sự kiện đầy bạo lực này.
Trong khi cả hai vụ nổ đều giải phóng năng lượng như nhau, thì không có xung bứt phá nào được nhìn thấy ở ngôi sao khổng lồ nhỏ hơn. Các nhà khoa học nghĩ rằng có thể là do các ngôi sao nhỏ hơn được bao quanh bởi khí, có lẽ đủ để che chắn sóng xung kích khi chúng chạm đến bề mặt ngôi sao.
Sơ đồ minh họa độ sáng của một sự kiện siêu sao mới tương đối so với Mặt Trời khi xuất ra từ dữ liệu. Đầu tiên, một sóng xung kích siêu sao mới đã được quan sát trong dải bước sóng nhìn thấy (ánh sáng khả kiến) khi nó chạm đến bề mặt ngôi sao KSN 2011d, thời gian cho đến khi nó đạt độ sáng cực đại mất 14 ngày. Bản thân xung bứt phá này chỉ xuất hiện trong vòng 20 phút.
Ngôi sao loại này được gọi là một sao khổng lồ đỏ, sáng hơn 20000 lần Mặt Trời. Khi một sao khổng lồ bắt đầu trở thành siêu sao mới, năng lượng di chuyển trong lõi chạm đến bề mặt với một vụ bùng phát ánh sáng gấp 130 triệu lần Mặt Trời. Ngôi sao tiếp tục phình ra và đạt đến độ sáng tối đa gấp khoảng 1 tỷ lần Mặt Trời.
Credits: NASA Ames/W. Stenzel
Hiểu được tính chất của các sự kiện bạo lực này cho phép các nhà khoa học hiểu rõ hơn cách mà các ngôi sao như vậy và cuộc đời của chúng đã tản ra trong không gian và thời gian trong Dải Ngân Hà của chúng ta.
Garnavich là một thành viên của nhóm nghiên cứu Khảo sát Ngoại Thiên hà Kepler (KEGS) Nhóm nghiên cứu này đang gần hoàn tất việc khai thác dữ liệu từ nhiệm vụ chính của Kepler đã hoàn tất vào năm 2013 khi mà bánh xe động lượng giữ cho tàu vũ trụ ổn định đã bị lỗi. Mặc dù vậy, với việc khởi động lại tàu vũ trụ Kepler cho nhiệm vụ K2 của NASA, nhóm nghiên cứu hiện nay đang kết hợp nhiều dữ liệu hơn để săn tìm các sự kiện siêu sao mới ở các thiên hà thậm chí còn xa hơn nữa.
Ngoài Notre Dame, nhóm nghiên cứu KEGS cũng có sự góp mặt của các nhà nghiên cứu đến từ Đại học Maryland (College Park); Đại học Quốc gia Australian (Canbera, Australia); Viện khoa học Kính thiên văn Vũ trụ (Baltimore, Maryland); và Đại học California (Berkeley).
Bài báo nghiên cứu báo cáo về phát hiện này đã được chấp nhận công bố trên Tạp chí Vật lý thiên văn (Astrophysical Journal).
Nguồn: NASA
