84 nguồn tia X siêu mềm: Chandra đang nhìn thấy gì trong các thiên hà?

Trong ảnh tia X của một thiên hà, có những điểm sáng chỉ xuất hiện ở vùng năng lượng thấp rồi biến mất khi kính thiên văn chuyển sang vùng năng lượng cao hơn. Chandra đã giúp nhận diện 84 đối tượng như vậy trong sáu thiên hà. Chúng được gọi là nguồn tia X siêu mềm, một lớp vật thể có biểu hiện khác thường: tia X của chúng mềm đến mức nằm sát vùng tia cực tím, trong khi bức xạ cực tím lại rất mạnh. Câu hỏi quan trọng hiện nay không chỉ là chúng phát sáng thế nào, mà còn là chúng thuộc về loại hệ sao nào. [1]

Phát hiện này chưa đi kèm một lời giải duy nhất. Các nhà thiên văn cho rằng những nguồn sáng ấy có thể liên quan đến một lỗ đen, sao neutron hoặc sao lùn trắng đang hút vật chất từ một sao đồng hành. Những hệ sao đôi như vậy vốn đã được biết đến, nhưng tổ hợp tia X năng lượng thấp và tia cực tím mạnh này chưa từng xuất hiện thành một nhóm rõ rệt như vậy. [1]

Chandra nhận diện chúng ra sao?

Cách tìm kiếm bắt đầu từ chính sự vắng mặt của các đối tượng trong ảnh năng lượng cao. Nhóm nghiên cứu rà soát dữ liệu công khai trong kho lưu trữ của Chandra, rồi so sánh hình ảnh ở các dải năng lượng khác nhau. Một điểm sáng được chú ý nếu hiện rõ ở mức tia X thấp nhưng không còn thấy ở mức cao. Mẫu hình đó cho biết vật thể phát ra nhiều tia X năng lượng thấp hơn hẳn tia X năng lượng cao, thay vì có phổ phát xạ trải đều giữa các vùng. [1]

Có thể hình dung quy trình này như quan sát một chiếc đèn qua nhiều bộ lọc màu: vật thể không nhất thiết sáng mạnh ở mọi bộ lọc, nhưng sự chênh lệch giữa các bộ lọc lại tiết lộ đặc tính của nó. Trong trường hợp này, điều đáng chú ý là tín hiệu không chỉ yếu đi mà biến mất khi chuyển sang vùng năng lượng cao. Đây là tiêu chí quan sát để lập danh sách ứng viên, không phải bản thân nó đã xác định được cấu tạo của từng nguồn.

Vì sao tia cực tím là chìa khóa?

Trên phổ điện từ, tia cực tím nằm gần vùng tia X năng lượng thấp. Vì thế, khi Chandra cho thấy các nguồn này thiên mạnh về phần tia X mềm, nhóm nghiên cứu suy ra chúng cũng tạo ra lượng lớn bức xạ cực tím có năng lượng đáng kể. Điểm bất thường nằm ở sự kết hợp: các hệ sao đôi từng được quan sát có thể tạo tia X, nhưng những nguồn được phát hiện lần này đồng thời có tia cực tím mạnh đến mức làm chúng nổi bật theo một cách chưa từng thấy ở một quần thể riêng. [1]

Tia cực tím cũng giúp giải thích vì sao những vật thể này khó được phát hiện trước đây. Tia X năng lượng thấp vốn khó quan sát bằng kính thiên văn tia X. Trong khi đó, khí hydro và heli giữa các sao hấp thụ mạnh tia cực tím, tạo thành một lớp cản trở gần như không thể xuyên qua trên đường truyền. Một nguồn có thể rất giàu bức xạ nhưng vẫn bị che khuất ở cả hai kênh quan sát quan trọng. [1]

Chúng có thể là những hệ sao nào?

Giả thuyết hiện được xem xét xoay quanh một hệ sao đôi. Trong hệ như vậy, một vật thể đặc có thể hút vật chất từ sao đồng hành. Vật chất bị kéo vào sẽ nóng lên và phát tia X trước khi rơi xuống sao lùn trắng, sao neutron hoặc đi vào lỗ đen. Cơ chế này cung cấp một cách giải thích tự nhiên cho việc xuất hiện tia X, nhưng chưa giải thích trọn vẹn vì sao tia cực tím của nhóm nguồn mới lại mạnh và vì sao tia X của chúng chủ yếu ở mức năng lượng thấp. [1]

Các nguồn được tìm thấy trong cả vùng đang hình thành sao lẫn vùng tập trung những sao già. Chúng xuất hiện ở hai thiên hà xoắn ốc là M31, còn gọi là Andromeda, và M101, còn gọi là Pinwheel, cùng bốn thiên hà elip. Sự phân bố này khiến câu chuyện không dễ quy về một môi trường sao duy nhất. Nó gợi ý rằng các hệ sao đôi có đặc tính tương tự có thể hiện diện ở nhiều loại thiên hà, dù số lượng và nguồn gốc của chúng vẫn cần được làm rõ. [1]

Phát hiện này liên quan gì đến siêu tân tinh?

Một hướng quan tâm nằm ở các hệ sao lùn trắng hút vật chất từ sao đồng hành. Một số hệ như vậy có thể cuối cùng phát nổ thành siêu tân tinh loại Ia. Loại siêu tân tinh này từng giữ vai trò quan trọng trong việc đo sự giãn nở của vũ trụ, trong đó có phát hiện rằng sự giãn nở đang tăng tốc. Các nhà thiên văn từ lâu muốn biết những hệ sao nào thực sự dẫn đến vụ nổ ấy, nhưng việc tìm ra chúng trước khi phát nổ vẫn là bài toán khó. [1]

Vì vậy, nguồn tia X siêu mềm có thể trở thành dấu hiệu để khoanh vùng các ứng viên. Đây mới là khả năng nghiên cứu, không phải bằng chứng rằng cả 84 nguồn sẽ biến thành siêu tân tinh loại Ia. Muốn kiểm tra giả thuyết, cần biết từng nguồn chứa loại vật thể nào, vật chất được hút vào theo cách gì và hệ đó tiến hóa ra sao. Phát hiện hiện tại chủ yếu mở thêm một con đường tìm kiếm trước thời điểm vụ nổ, thay vì chỉ quan sát tàn tích sau đó. [1]

Chúng có thể làm thay đổi hiểu biết về thiên hà?

Tia cực tím mạnh từ các nguồn này còn liên quan đến một câu hỏi khác: điều gì tước electron khỏi khí nằm giữa các sao trong một số thiên hà. Quá trình đó ảnh hưởng đến trạng thái của khí, tốc độ hình thành sao và vòng đời của thiên hà. Các sao nóng, khối lượng lớn đã được biết là có vai trò, nhưng chúng chưa giải thích hoàn toàn hiện tượng. Nếu nguồn tia X siêu mềm thực sự phổ biến, bức xạ cực tím của chúng có thể là một phần còn thiếu trong bức tranh. [1]

Tuy nhiên, từ 84 điểm sáng đến một quần thể lớn trong các thiên hà là một bước suy luận cần thận trọng. Phát hiện cho thấy những nguồn tương tự có thể từng bị bỏ sót vì tín hiệu của chúng khó lọt qua các phương pháp quan sát thông thường. Nó chưa cho biết chúng phổ biến đến đâu, đóng góp bao nhiêu vào bức xạ cực tím giữa các sao, hay có bao nhiêu hệ liên quan đến siêu tân tinh. Giá trị lớn nhất lúc này là Chandra đã biến một vùng mù quan sát thành một câu hỏi có thể kiểm tra tiếp. [1]