Phát hiện ngôi sao khổng lồ, 'già' gần bằng vũ trụ

Cách Trái Đất khoảng 35.000 năm ánh sáng, ngôi sao được đặt tên SMSS J160540.18–144323.1 có hàm lượng sắt thấp nhất trong những ngôi sao từng được phân tích.

Điều đó có nghĩa đây là một trong những ngôi sao già nhất vũ trụ, thuộc thế hệ sao thứ 2 sau khi vũ trụ hình thành cách đây 13,8 tỷ năm.

Hàm lượng sắt trong ngôi sao "già" nhất vũ trụ thấp hơn 1,5 triệu lần so với Mặt Trời. (Ảnh: Futurism).

Theo nhà thiên văn học Thomas Nordlander, ngôi sao này hình thành chỉ vài trăm triệu năm sau sự kiện Big Bang, với hàm lượng sắt thấp hơn 1,5 triệu lần Mặt Trời.

Đo hàm lượng kim loại là một trong những phương pháp xác định tuổi của ngôi sao. Trong thời kỳ đầu của vũ trụ không có bất cứ kim loại nào. Những ngôi sao thuộc thế hệ đầu tiên được hình thành từ nguyên tố hydro và heli với kích thước rất lớn, nóng và tuổi thọ ngắn. Chúng được gọi là sao loại III (population III), chưa từng được con người tìm thấy.

Năng lượng của ngôi sao được cung cấp từ phản ứng tổng hợp hạt nhân, trong đó hạt nhân nguyên tử của các nguyên tố nhẹ được kết hợp để tạo ra các nguyên tố nặng hơn.

Các ngôi sao nhỏ thường xảy ra phản ứng tổng hợp từ nguyên tố hydro thành heli, tuy nhiên với những ngôi sao lớn hơn như sao loại III, phản ứng hạt nhân có thể tạo ra các nguyên tố như silicon và sắt.

Đến giai đoạn tiến hóa cuối cùng, ngôi sao sẽ phát nổ (hiện tượng siêu tân tinh), phát tán những nguyên tố tổng hợp được vào vũ trụ. Khi một ngôi sao mới hình thành, các nguyên tố sẽ bám vào chúng. Đó là lý do hàm lượng kim loại được dùng để xác định tuổi của ngôi sao.

Ngôi sao già này có tuổi kém hơn vũ trụ vài trăm triệu năm. (Ảnh: Forbes)

Trước đây, ngôi sao có hàm lượng kim loại thấp nhất trong Dải Ngân hà từng được tìm thấy là 2MASS J18082002–5104378 B với hàm lượng sắt -4,07 ± 0,07, thấp hơn hàm lượng sắt của Mặt Trời khoảng 11.750 lần.

Còn với SMSS J160540.18–144323.1, hàm lượng sắt của ngôi sao này là -6,2 ± 0,2, thấp hơn Mặt Trời đến 1,5 triệu lần.

Dù các sao loại III không tồn tại đủ lâu để chúng ta tìm thấy, những ngôi sao hình thành ngay sau chúng đã giúp trả lời một số thắc mắc.

TheoScience Alert, các nhà khoa học cho rằng ngôi sao "tặng" sắt cho SMSS J160540.18–144323.1 có khối lượng tương đối nhẹ so với vũ trụ sơ khai (khoảng 10 lần khối lượng Mặt Trời), đủ lớn để tạo ra sao neutron, và kết thúc vòng đời sau một vụ siêu tân tinh nhỏ.

Một siêu tân tinh có thể kích hoạt quá trình thu nhận neutron nhanh (quá trình r), gồm hàng loạt phản ứng hạt nhân trong đó hạt nhân nguyên tử va chạm với neutron để tổng hợp các nguyên tố nặng hơn sắt.

Không có bằng chứng về sự có mặt của các nguyên tố này trong SMSS J160540.18–144323.1, cho thấy chúng đã bị ngôi sao neutron vừa chết hút lại. Các nguyên tố sắt "trốn thoát" được đã góp phần hình thành nên ngôi sao mới, dù vậy nó cũng đang trong giai đoạn tiến hóa cuối cùng bởi lượng hydro còn sót lại rất ít.