Ngôi sao khổng lồ biến mất, một thứ khủng khiếp thế chỗ

Theo Science Alert, kết quả theo dõi một ngôi sao biến quang tên M31-2014-DS1 trong thiên hà Andromeda (Tiên Nữ), người láng giềng khổng lồ của Milky Way (Ngân Hà) đã khiến các nhà khoa học hoàn toàn bối rối.

Các nhà thiên văn học nhận thấy M31-2014-DS1 sáng lên ở vùng hồng ngoại trung bình (MIR) vào năm 2014.

Trong 1.000 ngày tiếp theo, độ sáng của nó không đổi. Nhưng trong một 1.000 ngày tiếp theo giữa năm 2016 và 2019, nó mờ đi đáng kể.

Đây là một ngôi sao biến quang, tức loại sao có độ sáng thay đổi theo thời gian, nhưng điều đó không thể giải thích được những biến động này.

Vào năm 2023, nó càng kỳ lạ hơn khi không thể phát hiện trong các quan sát hình ảnh quang học sâu và gần. Nó dường như đã chết, nhưng không theo cách thông thường.

Các lý thuyết được chấp nhận rộng rãi cho rằng một ngôi sao khổng lồ như M31-2014-DS1 sẽ trải qua một vụ nổ siêu tân tinh cực mạnh - khiến nó lóe sáng đột ngột - trước khi sụp đổ thành sao neutron nhỏ gọn.

Sao neutron này cũng có khả năng phát nổ lần nữa khi đi hết vòng đời và tạo nên một lỗ đen khối lượng sao.

M31-2014-DS1 được sinh ra với khối lượng ban đầu khoảng 20 lần khối lượng Mặt Trời và đạt đến giai đoạn đốt cháy hạt nhân cuối cùng với khối lượng khoảng 6,7 lần khối lượng Mặt Trời.

Vì vậy, nếu nó nổ, các nhà khoa học phải nhìn thấy vụ nổ đó rất rõ ràng.

Các quan sát mới lại cho thấy ở nơi nó từng trú ngụ, có gì đó được bao quanh bởi lớp vỏ bụi mới phun trào, tương tự những gì xảy ra sau siêu tân tinh.

Vậy điều gì có thể khiến một ngôi sao không phát nổ thành siêu tân tinh, ngay cả khi nó có khối lượng phù hợp để phát nổ?

Siêu tân tinh là sự kiện trong đó mật độ bên trong lõi sụp đổ quá lớn đến mức các electron buộc phải kết hợp với proton, tạo ra cả neutron và neutrino, tức "hạt ma quỷ".

Quá trình này được gọi là neutron hóa và tạo ra một vụ nổ mạnh mẽ gọi là cú sốc neutrino.

Neutrino bị gọi là "hạt ma quỷ" bởi chúng là một dạng hạt trung hòa về điện, hiếm khi tương tác với mọi thứ xung quanh.

Nhưng trong lõi sao dày đặc, mật độ neutrino quá lớn đến mức một số trong số chúng tích tụ năng lượng của chính mình vào vật chất sao xung quanh, làm nóng vật chất, tạo ra sóng xung kích.

Những cú sốc neutrino luôn dừng lại, nhưng đôi khi nó hồi sinh, có thể do chính sự phát xạ neutrino có thể đã cung cấp năng lượng. Khi hồi sinh, nó gây ra một vụ nổ và đẩy lớp ngoài của siêu tân tinh ra.

Trong M31-2014-DS1, cú sốc neutrino không được hồi sinh và nó trở thành một siêu tân tinh thất bại.

"Điều này ngụ ý rằng phần lớn vật chất của sao đã sụp đổ vào lõi, vượt quá khối lượng tối đa của một sao neutron và hình thành nên lỗ đen" - TS Kishalay De từ Viện nghiên cứu vật lý thiên văn và không gian Kavli thuộc Viện Công nghệ Massachusetts (MIT - Mỹ), giải thích.

Ước tính có tới 98% khối lượng của ngôi sao đã sụp đổ và thứ thế chỗ cho ngôi sao là một lỗ đen khối lượng gấp 6,5 lần Mặt Trời.

Phát hiện này đã chứng minh giả thuyết về khả năng một số ngôi sao khổng lồ có thể đốt cháy giai đoạn và trực tiếp hóa thân thành lỗ đen, điều từng được nghi ngờ với N6946-BH1, một ngôi sao siêu sáng đột ngột biến mất năm 2015.