Khoảng trống 210 năm ánh sáng trong N44 đang giúp sao mới ra đời thế nào?

Giữa tinh vân N44 là một khoảng trống rộng khoảng 210 năm ánh sáng và cao khoảng 140 năm ánh sáng. Nhưng vùng trông như đã bị khoét rỗng ấy không đơn thuần là dấu tích của sự phá hủy. Những ngôi sao ở trung tâm đã đẩy khí ra ngoài, gom vật chất thành một lớp vỏ dày đặc hơn; chính trong lớp vỏ bị nén này, một thế hệ sao mới đang hình thành. N44 vì thế cho thấy sự ra đời và hoạt động dữ dội của các ngôi sao có thể nối tiếp nhau trong cùng một môi trường. [1]

Điều gì tạo nên khoảng trống khổng lồ?

N44, tên đầy đủ LHA 120-N44, nằm trong Đám Mây Magellan Lớn, một thiên hà nhỏ quay quanh Ngân Hà và cách chúng ta khoảng 160.000 năm ánh sáng. Cấu trúc nổi bật của tinh vân là vùng rỗng trung tâm, thường được gọi là superbubble, có thể hiểu là một “siêu bong bóng” giữa môi trường khí liên sao. Bao quanh nó là lớp khí và bụi đậm đặc, tạo ra sự tương phản rõ rệt giữa phần trung tâm thưa vật chất và phần rìa sáng. [1]

Các ngôi sao trong cụm sao trung tâm là tác nhân tạo nên hình dạng ấy. Gió sao mạnh liên tục đẩy vật chất ra xa, còn những vụ nổ siêu tân tinh giải phóng thêm năng lượng và quét đi phần lớn lượng khí từng góp phần hình thành cụm sao. Qua thời gian, tác động cộng dồn mở rộng vùng ít khí ở giữa. Vì vậy, “bong bóng” ở đây không phải một vật thể đặc có bề mặt cố định, mà là một khoang lớn được nhận ra nhờ sự phân bố khác biệt của khí xung quanh. [1]

Khí bị quét đi đã biến mất hay chưa?

Phần khí rời khỏi trung tâm không nhất thiết biến mất khỏi N44. Khi bị đẩy ra ngoài, nó dồn lại quanh khoang rỗng và tạo thành một lớp vỏ. Có thể hình dung bằng một ví dụ đơn giản: khi tuyết trên lối đi được gạt sang hai bên, phần giữa trở nên trống hơn còn vật chất tích tụ ở rìa. Trong N44, tác nhân không phải chiếc xẻng mà là gió sao và các vụ nổ; vật chất cũng là khí cùng bụi, không phải một lớp rắn. [1]

Sự dồn nén làm lớp vỏ có mật độ cao hơn vùng bên trong. Bức xạ tử ngoại từ các sao khối lượng lớn truyền năng lượng cho khí này, khiến nó phát sáng và làm nổi bật những cấu trúc khác nhau trong phức hợp N44. Ánh sáng quan sát được vì thế vừa cho thấy nơi khí đang hiện diện, vừa giúp phác họa ranh giới của khoảng trống đã được các ngôi sao trung tâm tạo ra. [1]

Vì sao lớp vỏ lại sinh ra sao mới?

Sao hình thành khi những vùng khí lạnh co lại thành các nút vật chất ngày càng đặc. Trong trường hợp N44, lớp vỏ đã bị nén cung cấp những khu vực thuận lợi cho quá trình tập trung vật chất ấy. Các sao mới đang xuất hiện trong chính phần khí từng bị đẩy khỏi trung tâm. Điều đáng chú ý là cùng một chuỗi tác động có hai mặt: nó làm vùng giữa mất khí, nhưng đồng thời tạo ra những nơi đậm đặc hơn ở bên ngoài. [1]

Điều này không có nghĩa mọi phần của lớp vỏ đều lập tức trở thành sao. Nén khí mới là một bước trong diễn tiến dài hơn, từ khi đám mây lạnh bắt đầu co lại, hình thành nút đặc, cho tới lúc phản ứng tổng hợp hạt nhân khởi động trong lõi của sao non. Một mục tiêu khi nghiên cứu N44 là xác định khoảng thời gian của chuỗi chuyển biến đó trong môi trường cụ thể của tinh vân. [1]

N44F, một bong bóng nhỏ hơn nằm trong phức hợp N44, cho thấy gió sao cũng có thể tạo cấu trúc ở quy mô khác. Bong bóng này được gió mạnh từ một sao nóng, khối lượng lớn thổi nên; gió và bức xạ của ngôi sao đồng thời tạo hình các cột khí bụi xung quanh. Nó là một ví dụ dễ nhận biết về cách một nguồn năng lượng tại chỗ có thể tác động lên vật chất liên sao lân cận. [1]

Tại sao Hubble phải đếm gần nửa triệu ngôi sao?

Một bức ảnh đẹp chỉ cho biết hình dáng tổng thể, còn việc tìm hiểu quá trình hình thành sao đòi hỏi nhận diện các ngôi sao ở nhiều giai đoạn khác nhau. Trong chương trình quan sát số 14689, Hubble khảo sát N44 và lập danh mục gần nửa triệu ngôi sao. Con số này gồm cả thành viên của cụm lẫn những ngôi sao nằm phía trước nhưng tình cờ xuất hiện trên cùng hướng quan sát. [1]

Việc phân biệt một quần thể đông đúc như vậy cần độ nhạy cao và khả năng tách các nguồn sáng nằm gần nhau. Các thiết bị của Hubble có thể nhận ra những vật thể mờ trong cụm sao chật chội. Nhờ đó, các nhà thiên văn xác định gần 30.000 sao tiền dãy chính, tức những sao trẻ chưa bắt đầu tổng hợp hydro thành heli trong lõi. Đây là nhóm đặc biệt hữu ích vì chúng ghi lại giai đoạn trước khi một ngôi sao bước vào thời kỳ hoạt động ổn định hơn. [1]

Cuộc kiểm kê giúp biến hình ảnh về một lớp vỏ đang phát sáng thành tập hợp đối tượng có thể nghiên cứu. Vị trí và giai đoạn phát triển của nhiều sao trẻ cho phép các nhà thiên văn xem xét quá trình sinh sao diễn ra trong môi trường quanh siêu bong bóng như thế nào. Nó cũng hạn chế nguy cơ nhìn một điểm sáng riêng lẻ rồi suy rộng cho toàn bộ N44, nơi nhiều thế hệ và nhiều lớp sao có thể cùng xuất hiện trên ảnh. [1]

N44 giúp trả lời câu hỏi lớn nào?

Đám Mây Magellan Lớn có ít nguyên tố nặng hơn heli so với những môi trường giàu các nguyên tố ấy. Khả năng quan sát các sao khối lượng thấp trong N44 vì thế mở ra cách nghiên cứu sự hình thành sao dưới điều kiện thành phần hóa học như vậy. NASA lưu ý rằng điều kiện này có nét tương đồng với các thiên hà trong vũ trụ sơ khai, dù N44 là một vùng hình thành sao gần hơn và thuận lợi hơn cho quan sát chi tiết. [1]

Giá trị của N44 nằm ở sự kết hợp giữa cấu trúc quy mô lớn và quần thể sao trẻ đông đảo. Khoang rỗng cho thấy vật chất đã bị quét khỏi trung tâm; lớp vỏ ghi lại nơi khí bị dồn nén; còn hàng chục nghìn sao tiền dãy chính cho phép khảo sát kết quả của quá trình sinh sao. Nhìn theo cách đó, khoảng trống không phải phần thiếu thông tin trong bức tranh. Hình dạng của nó chính là dấu vết về cách một thế hệ sao làm thay đổi nơi thế hệ tiếp theo có thể ra đời. [1]