Sinh ra trong hỗn loạn: Kính thiên văn Webb giải mã các thế hệ sao tại NGC 7129

Trong không gian sâu thẳm cách Trái Đất khoảng 3.300 năm ánh sáng, vùng tạo sao NGC 7129 từ lâu đã diễn ra những biến động mãnh liệt của quá trình khai sinh các ngôi sao mới. Tuy nhiên, các đám mây bụi dày đặc từng che khuất những diễn biến phức tạp bên trong "vườn ươm" vũ trụ này. Nhờ khả năng quan sát bằng tia hồng ngoại của Kính thiên văn không gian James Webb, bức tranh toàn cảnh về sự tiến hóa của các thế hệ sao đã được tái hiện rõ nét. [1]

Quan sát mới không chỉ chụp lại hình ảnh tĩnh mà còn mở ra câu chuyện về từng giai đoạn phát triển của vật chất, từ các tiền sao non trẻ cho đến những ngôi sao tiền dãy chính đang định hình lại toàn bộ môi trường xung quanh. Qua đó, chúng ta có thể hiểu rõ cơ chế vật chất bị biến đổi và khắc họa lại lịch sử hình thành của một cụm sao vũ trụ. [1]

Ánh sáng hồng ngoại xuyên thấu màn sương bụi vũ trụ

Vũ trụ chứa đựng nhiều vùng không gian nơi các đám mây khí và bụi tích tụ với mật độ cực cao, ngăn cản ánh sáng nhìn thấy thoát ra ngoài. NGC 7129 là một ví dụ điển hình cho môi trường hỗn loạn đó. Để khám phá cấu trúc ẩn sau lớp bụi xám dày đặc, Kính thiên văn không gian James Webb do NASA, ESA và CSA hợp tác vận hành đã sử dụng hệ thống ghi nhận ánh sáng hồng ngoại. Tia hồng ngoại có bước sóng dài hơn ánh sáng nhìn thấy, giúp xuyên qua các hạt bụi vốn thường làm tán xạ hoặc hấp thụ ánh sáng. [1]

Khi màn bụi bị xuyên thấu, một quần thể các thiên thể ở những mốc tuổi khác nhau dần hiện ra. Sự khác biệt về khối lượng khiến tốc độ tiến hóa của các ngôi sao trong cụm diễn ra không đồng đều: các sao có khối lượng lớn hơn sẽ hình thành và biến đổi nhanh hơn nhiều so với các láng giềng nhỏ bé. Sự xuất hiện đồng thời của nhiều thế hệ sao trong cùng một vùng không gian cung cấp dữ liệu quý giá để các nhà nghiên cứu theo dõi bước chuyển tiếp của vật chất theo thời gian. [1]

LkH(alpha) 234 và khoang khí vàng kim rộng lớn

Ở vị trí trung tâm của vùng NGC 7129 là LkH(alpha) 234, ngôi sao sáng nhất và tiến hóa nhất trong cụm. Ngôi sao này có khối lượng gấp khoảng 5 đến 8 lần Mặt Trời của chúng ta, tạo nên nhiễu xạ ánh sáng tám cánh đặc trưng trên hình ảnh của kính thiên văn Webb. LkH(alpha) 234 đang ở giai đoạn tiền dãy chính, nghĩa là nó đã cơ bản hoàn thành quá trình thu gom khối lượng và đang co lại dưới tác động của lực hấp dẫn. Quá trình co gập này làm gia tăng nhiệt độ nội tại, chuẩn bị cho thời kỳ phản ứng hạt nhân tổng hợp hydro bùng nổ tương tự Mặt Trời. [1]

Dấu ấn rõ ràng nhất cho tác động của LkH(alpha) 234 là khoang khí màu vàng kim trải rộng khoảng 3,5 năm ánh sáng về phía bên trái của ngôi sao. Trong các giai đoạn phát triển sớm hơn, các luồng khí phun trào từ ngôi sao này đã đục thủng đám mây phân tử hydro dày đặc xung quanh. Cả luồng khí phun và bức xạ ánh sáng mạnh mẽ từ ngôi sao trung tâm đã truyền năng lượng cho lượng khí còn lại, làm cho chúng phát sáng rực rỡ và tạo nên cấu trúc rỗng hình lòng chảo đầy ấn tượng. [1]

Vùng phân ly quang học và động lực tạo sao tiếp nối

Luồng khí bão hòa năng lượng từ ngôi sao trung tâm không chỉ thổi bay một phần khí hydro ra xa mà còn nén chặt những khối khí khác ở xung quanh. Sự nén chặt vật chất này vô tình tạo ra điều kiện lý tưởng để các ngôi sao thế hệ tiếp theo được nhen nhóm. Bên trong khoang khí màu vàng, kính thiên văn Webb đã phát hiện một số ngôi sao trẻ khác cũng đang ở giai đoạn tiền dãy chính. Những ngôi sao này tự tạo ra luồng gió sao của riêng mình, va chạm vào vùng khí năng lượng cao xung quanh. [1]

Sự va chạm giữa gió sao và khí môi trường tạo nên các sóng xung kích dạng cung tròn (bow shocks), nén khí lại và khắc thành những khoang nhỏ hơn bao quanh các ngôi sao trẻ. Ở ranh giới nơi môi trường nóng do các ngôi sao tạo ra ép vào vùng mây phân tử lạnh và đặc hơn, một vùng phân ly quang học được hình thành. Tại ranh giới này, bức xạ làm phân rã các phân tử hydro thành các nguyên tử hydro riêng lẻ. Cơ chế này chi phối quá trình sưởi nóng, làm nguội và thay đổi hóa học, giải thích cách các đám mây phân tử dần bị bào mòn qua hàng triệu năm. [1]

Sự trỗi dậy của các tiền sao trong mây bụi đỏ

Nếu như khu vực bên trái thể hiện kết quả tác động của các ngôi sao đã định hình, thì khu vực phía phải của LkH(alpha) 234 lại kể một câu chuyện ở giai đoạn sớm hơn nhiều. Tại đây, cấu trúc vật chất dạng chùm màu đỏ che giấu các tiền sao (protostars) cực kỳ non trẻ. Giai đoạn tiền sao diễn ra ngay sau khi đám mây phân tử khí và bụi ban đầu bị sụp đổ và phân mảnh dưới lực hấp dẫn, trước khi chuyển sang giai đoạn tiền dãy chính. [1]

Trong quá trình liên tục tích tụ vật chất để gia tăng khối lượng, các tiền sao này phun ra những luồng vật chất siêu nóng với tốc độ lớn. Các luồng vật chất phun trào va chạm mạnh với lớp bụi xám đặc bao bọc xung quanh tiền sao, tạo ra các sóng xung kích mạnh mẽ. Tương tác này tạo nên bề mặt gồ ghề và ánh hồng đỏ rực rỡ của dải bụi, chứng minh cho hoạt động tái cấu trúc môi trường dữ dội của những mầm sống sao vừa mới phôi thai. [1]

Bức tranh tiến hóa toàn cảnh của vũ trụ

Nhìn từ góc độ của người quan sát trên Trái Đất, nhiều luồng vật chất phun ra từ các tiền sao và sao trẻ nằm chồng lấp lên nhau. Sự đan xen của các hiện tượng này tạo nên một khung cảnh hỗn loạn nhưng có quy luật rõ ràng của sự tiến hóa. Bức ảnh từ kính thiên văn Webb không chỉ ghi lại một khoảnh khắc mà đã cô đọng cả chuỗi lịch sử kéo dài từ lúc mây bụi phân mảnh, tiền sao hình thành, cho đến khi gió sao bào mòn môi trường xung quanh. [1]

Sự nối tiếp giữa các thế hệ sao trong NGC 7129 thể hiện vòng tuần hoàn của vật chất vũ trụ: sự sụp đổ của thế hệ trước tạo tiền đề cho thế hệ sau ra đời. Qua việc quan sát chi tiết các giai đoạn phát triển song song tại cùng một vị trí, các nhà thiên văn học có thêm cơ sở để hiểu rõ cách các cụm sao lớn dần và biến đổi cấu trúc thiên hà theo thời gian, để lại những dấu vết rực rỡ trong không gian bao la. [1]