Tìm thấy bằng chứng về những ngôi sao siêu khổng lồ từ thuở vũ trụ ban sơ

Kính viễn vọng vũ trụ James Webb (JWST) đã phát hiện bằng chứng đầu tiên về hàng triệu ngôi sao siêu khổng lồ có khối lượng gấp 10.000 lần Mặt trời đã từng xuất hiện vào thuở bình minh của vũ trụ.

Các nhà nghiên cứu tại Thụy Sĩ và Tây Ban Nha tìm thấy dấu vết hóa học của những ngôi sao khổng lồ này trong các cụm sao cầu – gồm hàng chục nghìn đến hàng triệu ngôi sao nằm sát nhau. Có khoảng 180 cụm sao như vậy rải rác trong dải Ngân hà.

Một điều bí ẩn là một số ngôi sao trong những cụm sao cầu này có tỉ lệ các nguyên tố (như oxy, nitơ, natri và nhôm) khác hẳn nhau, cho dù chúng được hình thành vào khoảng thời gian tương đối gần nhau, từ cùng những đám khí và bụi như nhau vào khoảng 13,4 tỉ năm trước.

Theo các nhà thiên văn học, lời giải thích cho sự đa dạng này nằm ở sự tồn tại của những ngôi sao siêu lớn – những người khổng lồ của vũ trụ được sinh ra từ những điều kiện cô đặc hơn vào thuở sơ khai. Những ngôi sao này tiêu thụ nhiên liệu ở nhiệt độ cao hơn rất nhiều, sản sinh ra các nguyên tố nặng hơn, làm “ô nhiễm” những ngôi sao sơ sinh nhỏ hơn (thường chứa các nguyên tố nhẹ hơn nhiều).

Không dễ để phát hiện ra những ngôi sao siêu khổng lồ. Với kích cỡ gấp 5.000 đến 10.000 lần Mặt trời, những ngôi sao khổng lồ này có phần lõi nóng tới 75 triệu độ C, gấp 5 lần Mặt trời. Do các ngôi sao càng to, sáng và nóng thì càng lụi tàn nhanh, cho nên chúng đã sớm sụp đổ trong những vụ nổ cực kỳ dữ dội gọi là siêu tân tinh. Các cụm sao cầu thường tồn tại từ 10 đến 13 triệu năm, còn tuổi thọ dài nhất của các sao siêu khổng lồ là 2 triệu năm, cho nên chúng đã sớm biến mất khỏi những cụm sao mà chúng ta vẫn có thể quan sát được hiện nay, chỉ còn lại các dấu vết gián tiếp.

Để tìm thấy các dấu vết hóa học rải rác của những siêu sao cổ đại, các nhà nghiên cứu đã huấn luyện cho máy ảnh hồng ngoại của JWST bằng dữ liệu về Thiên hà GN-z11, một trong những thiên hà cổ đại và xa xôi nhất được phát hiện, nằm cách Trái đất 13,3 tỷ năm ánh sáng. Các chất hóa học khác nhau hấp thụ và phát ra ánh sáng ở các tần số khác nhau. Do đó, bằng cách phân tích ánh sáng đến từ các cụm sao cầu khác nhau ở khắp Thiên hà GN-z11, các nhà thiên văn học đã phát hiện những ngôi sao ở đó không chỉ nằm gần nhau mà còn có lượng nitơ cao xung quanh. Họ lý giải, lượng nitơ lớn tới vậy hiện diện là do hydro cháy ở nhiệt độ cực kỳ cao, và nhiệt độ này chỉ có thể đạt được ở phần lõi các sao siêu khổng lồ.

Tiếp theo, các nhà khoa học sẽ quan sát các cụm sao cầu ở nhiều dải thiên hà khác để xem phát hiện này có xuất hiện ở chỗ khác không.

Nghiên cứu được công bố trên tạp chí Astronomy and Astrophysics.