Sao lùn trắng tạo hình Tinh vân Sư tử như thế nào?

Trong ảnh của kính James Webb, NGC 2392 trông gần như một đầu sư tử: điểm sáng ở giữa gợi chiếc mũi, một vùng khí tạo thành khuôn mặt, còn vành vật chất bên ngoài giống chiếc bờm. Hình dáng ấy không phải một con sư tử thật sự nằm trong không gian, mà là liên tưởng thị giác sinh ra từ cách khí và bụi phân bố quanh phần lõi còn lại của một ngôi sao đang tàn. [1]

Tác nhân chính nằm ngay tại tâm ảnh. Sao lùn trắng ở đó phát năng lượng, chiếu sáng lớp bụi, duy trì vùng khí ion hóa và tiếp tục làm biến đổi vật chất xung quanh. Webb không ghi lại một cấu trúc bất động: bức ảnh chỉ giữ lại một thời điểm trong quá trình khí và bụi đang giãn ra, bị bức xạ tác động rồi dần rời xa lõi sao. [1]

“Khuôn mặt sư tử” thực ra là gì?

Phần giống khuôn mặt chủ yếu là một bong bóng khí ion hóa bao quanh sao lùn trắng. “Ion hóa” ở đây mô tả trạng thái của khí khi nhận năng lượng từ nguồn ở trung tâm. Trên ảnh, các vùng khí sáng, những khoang màu và các đường viền dạng vỏ kết hợp thành một hình gần tròn. Mắt người dễ nối các chi tiết ấy thành mũi, mặt và tai, dù chúng không phải những bộ phận có ranh giới như trên một sinh vật. [1]

Điểm sáng nhỏ ở chính giữa càng làm liên tưởng ấy rõ hơn. Trong mô tả ảnh Webb, sao lùn trắng có màu trắng pha hồng và đi kèm các tia nhiễu xạ, khiến nó trông như chiếc mũi cài giữa khuôn mặt. Tuy nhiên, các tia này là đặc điểm thể hiện trong ảnh kính thiên văn; yếu tố trực tiếp định hình tinh vân là năng lượng của sao lùn trắng tác động lên khí và bụi xung quanh. [1]

Cách gọi “Sư tử” vì thế giúp nhận diện hình ảnh, chứ không phải kết luận về hình học thật của tinh vân. Một ảnh quan sát từ xa dồn vật chất nằm trên nhiều khoảng cách khác nhau vào cùng mặt phẳng nhìn. Các cung, khoang và vành sáng có thể tình cờ ghép thành một khuôn mặt khi nhìn từ hướng của chúng ta. [1]

Sao lùn trắng thay đổi lớp khí ra sao?

Bong bóng khí tạo nên phần “mặt” vẫn đang nở rộng theo thời gian. Khi tiến ra ngoài, vùng khí này tác động đến bụi trên đường đi và phá hủy một phần bụi. Vì vậy, diện mạo hiện tại không chỉ phản ánh vật chất từng được đẩy ra khỏi ngôi sao, mà còn phản ánh quá trình vật chất ấy tiếp tục chịu ảnh hưởng từ lõi sao còn nóng và giàu năng lượng. [1]

Có thể hình dung quá trình này như nhiều lớp vật chất cùng thay đổi với tốc độ và khả năng chịu bức xạ khác nhau, thay vì một quả bóng có bề mặt nhẵn. Khí tạo thành vùng sáng lan rộng, trong khi bụi tập trung thành vỏ hoặc cụm đặc hơn. Sự khác biệt đó khiến đường viền của tinh vân xuất hiện nhiều khoang, vòng và mảng không đều. [1]

Tinh vân đã cần vài nghìn năm để đạt đến hình dạng đang thấy, nhưng đó không phải trạng thái cuối cùng. Khí và bụi vẫn di chuyển xa dần lõi sao. Các nhà thiên văn ước tính hình dáng được ví như sư tử sẽ phân tán sau khoảng 10.000 năm, một quãng thời gian ngắn nếu đặt trong thang thời gian thiên văn. [1]

Chiếc “bờm” và các đuôi sao chổi hình thành thế nào?

Vành rộng bên ngoài khuôn mặt được gọi là bờm thực chất là phần phía trong của một lớp vỏ bụi. Ánh sáng và năng lượng từ sao lùn trắng chiếu lên lớp vật chất này, làm nó hiện rõ quanh vùng khí trung tâm. Trong ảnh, bề rộng tương đối đều của vành vật chất góp phần tạo cảm giác về một chiếc bờm bao quanh đầu sư tử. [1]

Bên trong “bờm” có những búi trông như các đuôi sao chổi. Chúng bắt nguồn từ những cụm bụi nhỏ, đặc và đủ bền để tồn tại dưới bức xạ từ lõi sao. Mỗi cụm còn che chắn cho phần vật chất nằm phía sau nó. Kết quả quan sát được là một đầu đặc hơn hướng về phía trung tâm và một vệt kéo dài ra xa, tạo nên dáng giống đuôi sao chổi. [1]

Tên gọi “đuôi sao chổi” chỉ mô tả hình dạng. Những vệt này thuộc tinh vân và gắn với sự phân bố của bụi quanh sao lùn trắng, không phải các sao chổi đang bay qua. Chi tiết đáng chú ý nằm ở khả năng che chắn: cùng một nguồn bức xạ vừa phá hủy bụi ở nơi này, vừa làm nổi bật dấu vết của những cụm bụi còn sống sót ở nơi khác. [1]

Webb bổ sung gì cho ảnh Hubble?

Hubble đã quan sát NGC 2392 bằng ánh sáng nhìn thấy vào năm 2000. Ảnh khi đó cho thấy hình dáng giống mặt sư tử và phần bờm gồm những vật thể mờ có dạng sao chổi. Quan sát của Webb không thay thế hình ảnh ấy bằng một câu chuyện hoàn toàn khác; cấu trúc tổng thể trong ảnh hồng ngoại vẫn có vẻ khá tương đồng. [1]

Khác biệt quan trọng nằm ở loại chi tiết được nhấn mạnh. Nhờ quan sát hồng ngoại có độ phân giải cao, Webb thể hiện rõ hơn các cụm bụi nhỏ gọn và màn khí ion hóa. Hai thiết bị NIRCam, camera cận hồng ngoại, và MIRI, thiết bị trung hồng ngoại, cung cấp những góc nhìn bổ sung về cùng tinh vân. [1]

Đặt hai cách quan sát cạnh nhau giúp tách điều dễ nhận ra bằng mắt khỏi cấu trúc vật chất đứng sau nó. Ảnh ánh sáng nhìn thấy làm nổi bật diện mạo đã tạo nên biệt danh Sư tử, còn ảnh hồng ngoại giúp theo dõi bụi và khí chi tiết hơn. Sự bổ sung này lý giải vì sao một hình quen thuộc vẫn có thể chứa thông tin mới khi được quan sát ở vùng ánh sáng khác. [1]

Điều gì về các vòng và lớp vỏ vẫn chưa rõ?

Quanh vùng trung tâm còn có những vòng, cung và lớp vỏ phức tạp. Các cấu trúc kiểu này thường gặp trong tinh vân hành tinh, nhưng nguyên nhân khiến phần khí bị dồn lại thành hình dạng phức tạp như ở NGC 2392 vẫn đang được nghiên cứu. Vì vậy, có thể xác định vai trò chung của sao lùn trắng, khí giãn nở và bụi, nhưng chưa thể xem mọi đường vòng trong ảnh là phần của một cơ chế đã được giải thích trọn vẹn. [1]

Đây cũng là điểm khiến Tinh vân Sư tử đáng chú ý hơn biệt danh của nó. Hình con vật chỉ là lối nhận dạng nhanh; câu hỏi khoa học nằm ở việc một ngôi sao tàn đã để lại vật chất theo nhiều lớp ra sao, vì sao một số cụm bụi tồn tại và các vòng vỏ đã phát triển thế nào. Webb làm rõ thêm những thành phần ấy, đồng thời cho thấy bức chân dung vẫn đang biến đổi chứ chưa phải một di tích đã hoàn tất. [1]