Phát hiện hệ thống sao siêu tốc phá vỡ lý thuyết vật lý thông thường

Cách chúng ta hàng ngàn năm ánh sáng, từ ngoại ô của dải Ngân hà, các nhà thiên văn đã phát hiện ra một thứ chưa ai từng thấy trước đây - một ngôi sao nhị phân hay còn gọi là sao đôi (binary star - một hệ thống gồm hai ngôi sao chuyển động trên quỹ đạo của khối tâm hai ngôi sao) di chuyển quá nhanh, với tốc độ vượt khỏi hầu hết các đối tượng trong thiên hà của chúng ta.

Điều đó có nghĩa là gì? Phải có một thứ gì đó giúp hệ thống sao này có được xung lượng đáng kinh ngạc đến vậy, và cho đến nay, lời giải thích tốt nhất là chúng đã được thúc đẩy bởi một lỗ đen siêu lớn lẩn khuất ở trung tâm của thiên hà. Nhưng vấn đề là, sao đôi này không ở gần một hố đen siêu lớn nào cả.
Mang tên là PB3877 và nằm ở khoảng cách 18.000 năm ánh sáng từ Trái đất, sao đôi này không phải là ngôi sao siêu tốc đầu tiên được tìm thấy trong thiên hà của chúng ta.
Cho đến nay, các nhà thiên văn đã xác định được hơn 20 ngôi sao siêu tốc tương tự như vậy và chúng sẽ sớm di chuyển ra khỏi dải Ngân hà.
Vào năm 2005, một ngôi sao siêu tốc mang tên US 708 đã được xác nhận bay vút qua dải Ngân hà với vận tốc khoảng 745 dặm/giây (1.199km/giây, tương đương 4,3 triệu km mỗi giờ) - đủ để thoát khỏi lực hấp dẫn của thiên hà.

"Với tốc độ đó, bạn có thể đi từ Trái đất đến Mặt trăng trong vòng 5 phút", một trong những nhà nghiên cứu đã tìm thấy US 708, Eugene Magnier đến từ Đại học Hawaii nói. Các nhà khoa học ước tính, US 708 sẽ thoát khỏi thiên hà Milky Way trong khoảng 25 triệu năm nữa.
Tuy nhiên, tất cả những ngôi sao siêu tốc mà chúng ta đã phát hiện cho đến thời điểm này đều là sao đơn. Đây là lần đầu tiên các nhà thiên văn tìm thấy một hệ thống sao đôi đạt được đến tốc độ siêu tốc.
"Chúng tôi đã nghiên cứu những ngôi sao siêu tốc từ năm 2005, khi phát hiện ra ngôi sao siêu tốc đầu tiên", một trong các nhà thiên văn học đầu tiên tìm thấy US 708, Ulrich Heber đến từ Đại học Friedrich Alexander (Đức) cho biết.
"Có khoảng 20 ngôi sao tương tự như vậy đã được tìm thấy, nhưng tất cả đều là duy nhất, không đối tượng nào có "bạn đồng hành" có thể nhìn thấy trực tiếp trong quang phổ của nó".
Thực tế là khi PB3877 được phát hiện là một ngôi sao đôi ở vùng rìa của thiên hà Milky Way, nó đã khiến các nhà thiên văn học hết sức bất ngờ bởi PB3877 hoàn toàn khác với tất cả những điều các nhà thiên văn học đã từng tìm thấy.
Tất cả các ngôi sao siêu tốc khác mà chúng ta biết đều ở gần một hố đen siêu lớn ở trung tâm thiên hà, và các nhà vật lý nói chung đã đồng tình với quan điểm rằng đó là cách có thể giải thích cho tốc độ khủng khiếp của chúng.
Nhưng khi tìm thấy PB3877, họ buộc phải tìm những giả thuyết khác.
PB3877 lần đầu tiên được xác định bởi các nhà nghiên cứu khi sử dụng dữ liệu lưu trữ từ Trung tâm nghiên cứu bầu trời Sloan vào năm 2011, và ban đầu, họ nghĩ đó là một ngôi sao đơn. Gần đây, nhờ vào những quan sát mới được thực hiện với kính thiên văn Keck II ở Hawaii và kính viễn vọng Very Lare Telescope (VLT) ở Chile, nhóm các nhà nghiên cứu tại Đức đã có thể khẳng định rằng đó là một hệ thống sao đôi siêu tốc.
Hệ thống này bao gồm một ngôi sao siêu nóng, với nhiệt độ cao hơn nhiệt độ Mặt trời của chúng ta đến 5 lần, và "bạn đồng hành" của nó là một ngôi sao nguội có nhiệt độ thấp hơn 1000^oC so với Mặt trời.
"Khi chúng tôi xem xét các dữ liệu mới, chúng tôi vô cùng ngạc nhiên vì phát hiện ra các vạch hấp thụ yếu mà không thể đến từ các ngôi sao nóng", nhà thiên văn học Thomas Kupfer đến từ Viện Công nghệ California (Mỹ) nói. "Ngôi sao nguội có vẻ đóng vai trò chính yếu, cho thấy một vận tốc xuyên tâm cao. Do đó,hai ngôi sao tạo thành một hệ thống nhị phân, là ngôi sao đôi siêu tốc đầu tiên".
Các nhà khoa học cũng mô phỏng lại quỹ đạo của hệ thống sao này và xác định rằng nó không thể có nguồn gốc từ trung tâm của thiên hà Milky Way. Điều này có nghĩa rằng nó không thể được gia tốc bởi một lỗ đen siêu lớn.

"Từ tính toán của chúng tôi, chúng ta có thể loại trừ việc ngôi sao đôi có xuất xứ từ trung tâm thiên hà, bởi quỹ đạo của nó không bao giờ đến gần nơi ấy", Eva Ziegerer, thành viên nhóm nghiên cứu cho biết. "Một cơ chế thúc đẩy khác, chẳng hạn như va chạm sao hay một vụ nỗ siêu tân tinh cũng được tính đến, nhưng nếu thế thì ngôi sao đôi có thể bị tổn hại nặng nề, thậm chí vỡ tan", Ziegerer nhận định.
Thay vào đó, nhóm nghiên cứu giả thuyết rằng, hoặc là một lượng lớn vật chất tối đang bao quanh ngôi sao, giống như một loại "halo" để giữ nó ổn định ở tốc độ đáng kinh ngạc như vậy ở rìa thiên hà, hoặc PB3877 có thể là một "kẻ xâm nhập" giữa các thiên hà, hình thành trong một thiên hà láng giềng trước khi xâm nhập vào vũ trụ của chúng ta. Chúng ta không biết rõ liệu cuối cùng, PB3877 có ra khỏi thiên hà Milky Way hay không.
"Chúng tôi sử dụng hàng loạt những mô hình khác nhau để tính toán xác suất mà các ngôi sao sẽ bị ràng buộc với thiên hà. Nó chỉ dành cho các dạng thiên hà lớn nhất trong trường hợp này", Andreas Irrgang, một trong những nhà thiên văn học đến từ Đài quan sát Dr Karl Remeis (Đức) cho biết. "Điều này làm cho PB3877 là một mục tiêu tuyệt vời để thăm dò mô hình vật chất tối".
Kết quả nghiên cứu được công bố trên tạp chí Journal Letters Astrophysical, và theo nhóm nghiên cứu, sự tồn tại của hệ thống sao đôi này sẽ tạo áp lực lên những mô hình vật lý thông thường và sự hiểu biết của chúng ta về vật chất tối trong thiên hà Milky Way.