Các nhà thiên văn học vừa khám phá ra một ngôi sao vô cùng đặc biệt, có thể là hóa thạch hoặc tàn tích của thế hệ sao hình thành vào buổi bình minh của vũ trụ. Ngôi sao kỳ lạ này, mang tên AS0039, nằm trong thiên hà lùn Sculptor, cách hệ mặt trời khoảng 290.000 năm ánh sáng. Điều đáng chú ý là tàn tích của ngôi sao này có nồng độ kim loại, đặc biệt là sắt, thấp nhất so với bất kỳ ngôi sao nào được đo bên ngoài Dải Ngân Hà.
Nguồn Gốc Từ Thế Hệ Sao Đầu Tiên
Theo các nhà nghiên cứu, phát hiện này là bằng chứng trực tiếp về tàn tích của một trong những ngôi sao sơ khai nhất trong vũ trụ, chứa rất ít kim loại. Nhóm nghiên cứu cũng phát hiện ra ngôi sao mẹ ban đầu của AS0039 có khối lượng gấp khoảng 20 lần Mặt Trời. Ngôi sao khổng lồ này có khả năng đã tự phát nổ vào cuối vòng đời, với vụ nổ mạnh gấp 10 đến 100 lần so với một vụ siêu tân tinh thông thường.
Phát hiện này mở ra cánh cửa cho các nghiên cứu sâu hơn về thế hệ sao đầu tiên trong vũ trụ, những ngôi sao mà cho đến nay chưa được quan sát trực tiếp hoặc gián tiếp. Mike Irwin, đồng tác giả nghiên cứu và là nhà thiên văn học tại Đại học Cambridge ở Anh, cho biết: “AS0039 có thành phần hóa học bất thường đến mức, nó cho phép chúng ta nghiên cứu thành phần ban đầu của những ngôi sao đầu tiên trong vũ trụ, đặc biệt là khối lượng của chúng”.
Phân Loại Các Thế Hệ Sao
Vậy những ngôi sao đầu tiên trong vũ trụ trông như thế nào? Các ngôi sao đầu tiên, giống như những quả cầu plasma nóng, được cấu tạo bởi sự hợp nhất của các nguyên tố trong lõi, rất đa dạng về kích thước và màu sắc. Chúng được phân loại thành ba nhóm: Population I, Population II và Population III, dựa trên thành phần hóa học và đặc tính kim loại.
- Sao Population I: Tương tự như Mặt Trời và hầu hết các ngôi sao khác trong vũ trụ quan sát được, có hàm lượng kim loại cao, đặc biệt là sắt, và giàu các nguyên tố nặng như canxi và magiê.
- Sao Population II: Như AS0039, chứa ít kim loại hơn nhiều, chỉ chứa một lượng rất nhỏ các nguyên tố nặng.
- Sao Population III: Chưa bao giờ được quan sát, gần như hoàn toàn không chứa kim loại và không có các nguyên tố nặng.
Quá Trình Hình Thành và Tiến Hóa Của Sao
Trong quá trình hợp hạch hạt nhân, các nguyên tử hydro được hợp nhất để tạo thành heli, giải phóng một lượng lớn năng lượng. Hầu hết các ngôi sao có khối lượng gấp khoảng 1,4 lần Mặt Trời, theo thời gian chúng dần cạn kiệt nhiên liệu hydro cho đến khi hết, sau đó chúng phình to thành các ngôi sao khổng lồ đỏ và cuối cùng sụp đổ thành sao lùn trắng.
Các ngôi sao lớn hơn, sau khi tiêu thụ nhanh chóng toàn bộ hydro, bắt đầu nung chảy heli thành carbon, và cuối cùng chuyển đổi carbon thành sắt, nguyên tố nặng nhất mà ngôi sao này có thể tạo ra. Những ngôi sao khổng lồ này có mật độ lớn đến mức khiến chúng tự sụp đổ và phát nổ. Vụ nổ không chỉ phân tán các nguyên tố vào không gian xung quanh mà còn giải phóng đủ năng lượng để tạo ra các nguyên tố nặng hơn sắt.
Các ngôi sao mới thường được sinh ra trong các đám mây khí còn sót lại sau các vụ nổ của các thế hệ sao trước. Trong quá trình hình thành, chúng hấp thụ một số nguyên tố kim loại nặng từ các ngôi sao đã phát nổ trước đó. Do đó, tất cả các ngôi sao quan sát được ngày nay đều là sao Population I hoặc II, bởi vì chúng hình thành từ tàn tích của thế hệ sao trước đó.
Tuy nhiên, thế hệ sao đầu tiên trong vũ trụ, Population III, được hình thành từ hydro thuần túy, nguyên tố đầu tiên được tạo ra sau Vụ Nổ Lớn. Irwin cho biết: “Các sao nhóm III được xác định là thế hệ sao đầu tiên hình thành trong vũ trụ và không chứa kim loại”. Thế hệ sao đầu tiên này cũng không chứa các nguyên tố nặng, bởi vì không có siêu tân tinh nào tồn tại trước chúng.
AS0039: Tàn Tích Đặc Biệt
Khi các nhà nghiên cứu tìm thấy AS0039, họ đã rất ngạc nhiên khi thấy nó chứa rất ít kim loại, ngay cả khi so với các sao nhóm II khác. AS0039 có nồng độ kim loại thấp nhất so với bất kỳ ngôi sao nào được nghiên cứu bên ngoài thiên hà của chúng ta. Nồng độ carbon của nó cũng thấp nhất so với bất kỳ ngôi sao nào từng được nghiên cứu trong vũ trụ. Các nguyên tố nặng của nó có tỷ lệ bất thường, đặc biệt là magiê và canxi với số lượng rất thấp.
Phát hiện này cho thấy AS0039 có thể là một ngôi sao thế hệ thứ hai, được hình thành từ tàn tích của các ngôi sao thuộc nhóm III. Các mô phỏng trên máy tính cho thấy rằng AS0039 là thế hệ tiếp theo của sao nhóm III và có khả năng đã chết trong một vụ nổ siêu tân tinh mạnh mẽ. Nhà thiên văn học Irwin nói thêm: “Chúng tôi tin rằng các ngôi sao thuộc nhóm III có khối lượng lớn hơn các ngôi sao trong nhóm mà chúng ta thấy ngày nay, và khi nó sụp đổ vào cuối vòng đời, nó sẽ phát ra một vụ nổ siêu tân tinh cực lớn, tương đương với năng lượng của hơn 100 siêu tân tinh cộng lại”.
Ý Nghĩa Của Khám Phá
Các nhà nghiên cứu hy vọng rằng việc phát hiện ra AS0039 sẽ giúp các nhà thiên văn học xác định vị trí của nhiều ngôi sao thế hệ thứ hai có hàm lượng kim loại thấp thuộc Population II, từ đó làm sáng tỏ khối lượng và sự phân bố của các ngôi sao thuộc nhóm III, cũng như vai trò của chúng trong việc biến vũ trụ sơ khai đầy hydro thành vũ trụ như ngày nay.
Phát Hiện Nước Trong Thiên Hà Xa Xôi
Bên cạnh khám phá về AS0039, các nhà khoa học cũng phát hiện ra sự tồn tại của nước trong một thiên hà cách Trái Đất 12,8 tỷ năm ánh sáng. Thiên hà này, mang tên SPT0311-58, được phát hiện bởi các nhà khoa học tại Đại học Illinois thông qua Kính viễn vọng ALMA ở Chile. Theo Sreevani Jarugula, nhà thiên văn học tại Đại học Illinois và là trưởng nhóm nghiên cứu, CO2 cũng được phát hiện trong thiên hà khổng lồ này.
Với sự tồn tại của oxy và carbon, các nguyên tố mà nhà khoa học Jarugula xác định là “cần thiết cho sự sống”, thiên hà trên đã cho thấy rằng sự sống ở cấp độ phân tử đã hình thành không quá lâu sau Vụ Nổ Lớn. “Đây là một thiên hà có nhiều bụi và khí hơn so với các thiên hà khác trong vũ trụ sơ khai. Điều này sẽ mang lại cho chúng ta nhiều cơ hội tiềm năng để quan sát nhiều phân tử và hiểu rõ hơn về các yếu tố cấu thành sự sống, ảnh hưởng đến sự phát triển của vũ trụ sơ khai”.
Những phát hiện về nước cũng cho thấy rằng thiên hà này có các ngôi sao kết thúc vòng đời của nó một cách nhanh chóng. Khí hydro được hình thành khi Vụ Nổ Lớn xảy ra, nhưng oxy đến từ các ngôi sao đang chết. NASA cho biết, hầu hết các ngôi sao thường “sống” hàng tỷ năm, nhưng những phát hiện cho thấy rằng các ngôi sao trong SPT0311-58 có chu kỳ sống dưới 1 tỷ năm.
Theo nhà nghiên cứu Jarugula, những phát hiện này cho thấy nước có thể tồn tại ở khoảng cách xa như thế nào so với Trái Đất, đồng thời đặt ra những câu hỏi về các ngôi sao và thiên hà hình thành rất sớm trong vũ trụ. Các thiên hà hình thành sớm đang tạo ra các ngôi sao với tốc độ nhanh hơn hàng nghìn lần so với Dải Ngân Hà. Việc nghiên cứu khí và bụi của các thiên hà này cung cấp cho chúng ta thông tin về các đặc tính của chúng, chẳng hạn như số lượng sao đang được hình thành, tốc độ khí biến thành sao và cách các thiên hà tương tác với nhau, từ đó giúp chúng ta hiểu rõ hơn về sự tiến hóa của vũ trụ cho đến nay.
Kết Luận
Việc phát hiện ra AS0039 và nước trong thiên hà SPT0311-58 là những bước tiến quan trọng trong việc khám phá nguồn gốc của vũ trụ. Những phát hiện này không chỉ mở ra những hướng nghiên cứu mới mà còn giúp chúng ta hiểu rõ hơn về sự hình thành và phát triển của các ngôi sao và thiên hà, từ đó khám phá những bí ẩn về sự sống trong vũ trụ.