Sao lùn trắng RXJ0528+2838 và cung va chạm tồn tại ít nhất 1.000 năm

Một sao lùn trắng là phần lõi còn sót lại của một ngôi sao khối lượng thấp đang chết. Thế nhưng RXJ0528+2838 lại để lại một dấu vết giống “sóng trước mũi tàu”: một cung vật chất cong nằm phía trước khi hệ sao chuyển động qua không gian. Cách giải thích gần nhất là có một dòng vật chất đang bị đẩy ra, va vào khí giữa các vì sao và tạo thành sóng xung kích. Điều khiến các nhà thiên văn bối rối là họ không nhìn thấy chiếc đĩa vật chất vốn thường cung cấp nhiên liệu cho dòng phun đó. Cấu trúc dường như đã tồn tại ít nhất 1.000 năm, trong khi cơ chế duy trì nó vẫn chưa rõ. [1]

Các quan sát bằng thiết bị MUSE trên Kính thiên văn Rất lớn của Đài Quan sát Nam Âu không chỉ cho thấy hình dạng của cung va chạm mà còn giúp xác nhận nó thực sự thuộc về hệ sao đôi RXJ0528+2838, thay vì là một đám mây nằm tình cờ trên cùng hướng nhìn. Vì vậy, câu hỏi ở đây không phải liệu dấu vết có liên quan đến ngôi sao hay không, mà là một tàn dư sao nhỏ bé đã tạo và duy trì nó bằng cách nào. [1]

Dấu vết giống sóng trước mũi tàu

RXJ0528+2838 nằm cách Trái Đất khoảng 730 năm ánh sáng và chuyển động quanh tâm Ngân Hà. Khi hệ sao đi qua khí loãng giữa các vì sao, phần vật chất bị đẩy ra từ nó có thể đâm vào môi trường xung quanh. Sự va chạm ấy nén và làm nhiễu vật chất, tạo nên một vùng sáng cong ở phía trước hướng chuyển động. Trong thiên văn học, cấu trúc này được gọi là cung va chạm, hay bow shock. [1]

Hình ảnh so sánh với mũi tàu chỉ giúp hình dung hình học quan sát được: một chiếc tàu tạo gợn sóng khi tiến qua nước, còn hệ sao tạo vùng va chạm khi đi qua khí giữa các vì sao. Cung này không phải một bức tường rắn hay một vật thể tách riêng khỏi môi trường. Nó là ranh giới hình thành do dòng vật chất từ hệ sao gặp dòng khí bên ngoài. [1]

Vì sao sao đôi thường có đĩa vật chất?

RXJ0528+2838 không chỉ có sao lùn trắng. Nó còn có một bạn đồng hành có đặc điểm gần giống Mặt Trời. Trong một hệ sao đôi như vậy, vật chất từ ngôi sao đồng hành có thể bị hút về phía sao lùn trắng. Khi lượng vật chất này không rơi thẳng xuống bề mặt mà xoay quanh trước, nó tạo thành một đĩa. [1]

Đĩa này thường đóng hai vai trò. Một phần vật chất từ đĩa tiếp tục rơi lên sao lùn trắng, còn một phần có thể bị đẩy ngược ra ngoài thành dòng phun mạnh. Dòng phun ấy, khi gặp khí xung quanh, có thể tạo ra cung va chạm. Đây là chuỗi giải thích quen thuộc cho những hệ sao đôi đang trao đổi vật chất: sao đồng hành cung cấp vật chất, đĩa gom và chuyển vật chất, rồi một cơ chế nào đó đẩy một phần ra không gian. [1]

Điểm bất thường của RXJ0528+2838 nằm ở mắt xích thứ hai. Các nhà thiên văn không phát hiện bằng chứng về một đĩa quanh sao lùn trắng. Không có đĩa, mô hình thông thường mất đi nơi vật chất tích tụ và nguồn dễ thấy để tạo dòng phun. Cung va chạm vẫn hiện diện, nhưng con đường tạo ra nó không còn rõ ràng. [1]

MUSE đã xác nhận điều gì?

Cấu trúc kỳ lạ ban đầu được nhận ra trong những ảnh chụp bằng Kính thiên văn Isaac Newton ở Tây Ban Nha. Hình dạng khác thường khiến các nhà nghiên cứu cần quan sát chi tiết hơn. Với MUSE trên Kính thiên văn Rất lớn, họ lập bản đồ cung va chạm và phân tích thành phần của nó. [1]

Kết quả quan trọng không chỉ là nhìn thấy một cung sáng đẹp mắt. Dữ liệu cho phép đối chiếu cấu trúc với hệ sao đôi, từ đó cho thấy nó bắt nguồn từ RXJ0528+2838 chứ không phải một tinh vân hoặc đám mây giữa các vì sao nằm ngẫu nhiên trên cùng hướng nhìn. Kích thước và hình dạng của cung cũng gợi ý rằng hệ sao đã tạo ra dòng phun mạnh trong ít nhất 1.000 năm. [1]

Mốc thời gian này mô tả khoảng thời gian cấu trúc dường như được duy trì, không phải tuổi của sao lùn trắng hay tuổi của toàn bộ hệ sao. Sự phân biệt ấy quan trọng vì một vật thể có thể tồn tại rất lâu, trong khi dấu vết do một hoạt động cụ thể để lại chỉ hình thành trong một giai đoạn ngắn hơn. [1]

Từ trường mở ra một lời giải chưa đủ

RXJ0528+2838 được biết là có từ trường mạnh, và các quan sát MUSE cũng củng cố đặc điểm này. Từ trường có thể làm thay đổi cách vật chất từ ngôi sao đồng hành rơi xuống sao lùn trắng. Thay vì tự do xoay thành đĩa, vật chất có thể bị dẫn theo các đường sức từ và rơi trực tiếp lên bề mặt. [1]

Cơ chế đó giải thích vì sao không cần một đĩa rõ ràng mà hệ sao vẫn có thể trao đổi vật chất. Nó cũng gợi ý rằng từ trường có thể liên quan đến dòng phun tạo cung va chạm. Tuy nhiên, đây mới là một phần của lời giải. Theo các ước tính gắn với từ trường hiện tại, năng lượng này chỉ có thể duy trì cung va chạm trong vài trăm năm, ngắn hơn đáng kể so với thời gian tối thiểu 1.000 năm mà cấu trúc cho thấy. [1]

Khoảng cách giữa hai mốc đó tạo ra vấn đề trung tâm: nếu từ trường hiện tại không đủ lâu, hệ sao đã nhận thêm năng lượng từ đâu, hoặc hoạt động của nó đã thay đổi như thế nào theo thời gian? Các nhà nghiên cứu gọi khả năng chưa xác định này là một “động cơ bí ẩn”. Cụm từ ấy không chỉ một vật thể cụ thể đã được phát hiện; nó chỉ phần cơ chế còn thiếu trong cách giải thích hiện nay. [1]

Điều bí ẩn nằm ở cơ chế, không phải dấu vết

Phát hiện này cho thấy một quan sát đáng tin cậy vẫn có thể mở ra câu hỏi mới. Cung va chạm đã được lập bản đồ, thành phần đã được phân tích, và mối liên hệ với hệ sao đã được kiểm tra bằng dữ liệu MUSE. Điều chưa biết là cách một sao lùn trắng không có đĩa nhìn thấy duy trì dòng phun mạnh trong thời gian dài như vậy. [1]

Một hệ sao đơn lẻ chưa đủ để cho biết đây là trường hợp đặc biệt hay một kiểu hoạt động phổ biến nhưng trước đây khó nhìn thấy. Vì thế, các nhà thiên văn muốn khảo sát thêm nhiều hệ sao đôi khác, bao gồm cả những hệ mờ hơn. Kính thiên văn Cực Lớn trong tương lai có thể giúp lập bản đồ các hệ này với độ chi tiết cao hơn và tìm những ví dụ tương tự. [1]

RXJ0528+2838 vì vậy không đơn giản là một “ngôi sao chết” bất ngờ hoạt động trở lại. Nó là một hệ sao vẫn trao đổi vật chất và năng lượng theo cách chưa khớp với bức tranh quen thuộc về đĩa bồi tụ. Nhìn vào cung cong phía trước hệ sao, ta không chỉ thấy dấu vết của một vụ va chạm; ta còn thấy giới hạn của điều mà mô hình hiện tại có thể giải thích. [1]