'Sao Barbenheimer' nổ tung cách đây 13 tỷ năm khiến các nhà khoa học đau đầu

Các nhà khoa học đã phát hiện ra bằng chứng về một ngôi sao khổng lồ từ vũ trụ sơ khai không phù hợp với hiểu biết hiện tại của chúng ta về vũ trụ. Ngôi sao kỳ lạ cổ đại, mà các nhà nghiên cứu đặt tên là "Ngôi sao Barbenheimer", có thể có sự kết hợp của các nguyên tố trong lõi chưa từng thấy trước đây - sau đó, nó chết một cái chết dường như không thể xảy ra trong khi sinh ra một ngôi sao cũng khó hiểu không kém ở vị trí của nó, một ngôi sao nghiên cứu mới cho thấy. (Cái tên Barbenheimer ám chỉ đến hai bộ phim tương phản "Barbie" và "Oppenheimer" phát hành cùng ngày năm ngoái.)

Các nhà nghiên cứu đã phát hiện ra dấu vết của Sao Barbenheimer sau khi quan sát kỹ hơn J0931+0038, một ngôi sao khổng lồ đỏ ở xa. J0931 được phát hiện lần đầu tiên vào năm 1999 bởi Khảo sát bầu trời kỹ thuật số Sloan (SDSS) – một trong những cơ sở dữ liệu thiên văn lớn nhất và chi tiết nhất về bầu trời đêm – nhưng cho đến nay vẫn chưa được phân tích chính xác.

Trong một nghiên cứu mới được tải lên máy chủ in trước arXiv vào ngày 4 tháng 1, các nhà nghiên cứu đã quay kính thiên văn SDSS ở New Mexico về phía J0931 và thu được quang phổ chi tiết về ánh sáng của ngôi sao, sau đó được xác minh bằng các quan sát tiếp theo từ Kính thiên văn Giant Magellan trong nước chi Lê. Những quang phổ này tiết lộ rằng J0931 dường như có thành phần hóa học hoặc kim loại cực kỳ kỳ lạ, với nồng độ các nguyên tố nặng cao bất thường. (Những kết quả này chưa được bình duyệt.)

Sử dụng dữ liệu mới thu được, nhóm nghiên cứu đã ghép lại cách J0931 hình thành thông qua một quá trình được gọi là khảo cổ học sao. Điều này tiết lộ rằng ngôi sao này được sinh ra từ tàn dư siêu tân tinh của một ngôi sao thậm chí còn lớn hơn – nặng hơn mặt trời từ 50 đến 80 lần – có niên đại từ 13 tỷ năm trước, chỉ khoảng 700 triệu năm sau Vụ nổ lớn.

Tính kim loại của ngôi sao mẹ (Barbenheimer) có thể cũng kỳ lạ như của J0931 trước khi nó phát nổ, nó hoàn toàn khác với các ngôi sao đã biết khác trong vũ trụ sơ khai.

Tác giả chính của nghiên cứu Alex Ji, nhà vật lý thiên văn tại Đại học Chicago, cho biết trong một tuyên bố: “Chúng tôi chưa bao giờ thấy điều gì như thế này”. "Bất cứ chuyện gì xảy ra lúc đó, chắc hẳn là rất tuyệt vời."

Tính kim loại của J0931 rất lạ vì ba lý do. Đầu tiên, ngôi sao có hàm lượng các nguyên tố nhẹ hơn như magie, natri và nhôm thấp bất thường, những nguyên tố thường có nhiều trong các ngôi sao. Thứ hai, nó có lượng nguyên tố trung bình cao bất thường như sắt, niken và kẽm. Và cuối cùng, theo các nhà nghiên cứu, nó có "sự dư thừa" các nguyên tố nặng hơn như strontium và palladium.

Đồng tác giả nghiên cứu Jennifer Johnson, nhà thiên văn học tại Đại học bang Ohio, cho biết: “Đôi khi chúng tôi nhìn thấy một trong những đặc điểm này tại một thời điểm, nhưng trước đây chúng tôi chưa bao giờ nhìn thấy tất cả chúng trong cùng một ngôi sao”.

Hầu hết các ngôi sao đều có tính kim loại ngược của J0931: Chúng có mức độ cao hơn của các nguyên tố nhẹ hơn và mức độ thấp hơn của các nguyên tố nặng và trung bình. Điều này là do các ngôi sao được tạo thành chủ yếu từ hydro và heli, chúng kết hợp với nhau trong lõi của sao để tạo ra các nguyên tố nặng hơn. Những nguyên tố mới này, ít phổ biến hơn nhiều, cuối cùng hợp nhất thành những nguyên tố ngày càng nặng hơn.

Do đó, thật khó để giải thích tại sao J0931 lại có nhiều nguyên tố nặng như vậy bởi vì nó dường như không có nồng độ các nguyên tố nhẹ đủ cao để tạo ra chúng.

Đồng tác giả nghiên cứu Sanjana Curtis, nhà thiên văn học tại Đại học California, Berkeley cho biết: “Thật đáng ngạc nhiên là không có mô hình hình thành nguyên tố nào hiện có có thể giải thích những gì chúng ta thấy”. Cô nói: “Nó gần như tự mâu thuẫn”.

Tính kim loại khác thường của J0931 một phần có thể được thừa hưởng từ các thành phần mà Ngôi sao Barbenheimer phun ra khi nó phát nổ. Điều này có nghĩa là ngôi sao mẹ có thể có tính kim loại nghịch đảo tương tự. Nhóm nghiên cứu cho biết điều này thậm chí còn kỳ lạ hơn, bởi vì trong vũ trụ sơ khai, các ngôi sao lẽ ra không tồn tại đủ lâu để tạo ra nồng độ nguyên tố nặng cao như vậy.

Nhưng điều kỳ lạ hơn nữa là Sao Barbenheimer lẽ ra chưa bao giờ trở thành siêu tân tinh, các nhà nghiên cứu viết. Về lý thuyết, một ngôi sao có khối lượng như dự đoán của Barbenheimer lẽ ra đã sụp đổ thành một lỗ đen thay vì phát nổ ra bên ngoài. Hiện tại, nhóm nghiên cứu không thể giải thích tại sao sự sụp đổ này không xảy ra.

Cách duy nhất để các nhà khoa học tìm hiểu thêm về Sao Barbenhaimer và thành phần kỳ lạ của nó là tìm kiếm những ngôi sao kỳ quặc tương tự khác từ vũ trụ sơ khai để khám phá thêm những mảnh ghép của câu đố vũ trụ này.

Đồng tác giả nghiên cứu Keith Hawkins, một nhà thiên văn học tại Đại học Texas ở Austin, cho biết trong tuyên bố: “Vũ trụ chỉ đạo bộ phim này, chúng tôi chỉ là đội quay phim”. “Chúng tôi vẫn chưa biết câu chuyện sẽ kết thúc như thế nào.”