Trong vũ trụ bao la, những hệ sao đôi bùng nổ, hay còn gọi là biến thế cataclysmic (Cataclysmic Variables - CV), luôn là đối tượng nghiên cứu hấp dẫn. Những hệ thống ấn tượng này thường bao gồm một sao lùn trắng có phần lõi đặc, cháy rụi còn sót lại khi một ngôi sao giống Mặt Trời của chúng ta chết đi.
Trong những cặp sao này, khi chúng ở rất gần nhau, sao lùn trắng có thể hút vật chất từ sao bạn đồng hành, gây ra những vụ nổ mạnh mẽ và sáng chói gọi là sao mới (nova).
Câu chuyện tình yêu trên các vì sao đôi khi phức tạp hơn chúng ta tưởng. Một nghiên cứu đột phá do Viện Công nghệ California (Caltech) dẫn đầu vừa hé lộ một bí mật gây sốc: hàng loạt các hệ sao đôi "bùng nổ" lại cần sự hỗ trợ của một ngôi sao thứ ba xa xôi để có thể hình thành.
Biến thế cataclysmic (Cataclysmic Variables - CVs) là một hệ sao đôi gần, trong đó một sao lùn trắng đang hút vật chất từ một ngôi sao khác (thường là sao dãy chính). Khoảng cách giữa hai ngôi sao thường tương đương với đường kính Mặt Trời, và chu kỳ quỹ đạo của chúng dao động từ 1 đến 12 giờ. Những hệ này có thể phát sáng mạnh trong các vụ nổ (novae), hoặc có những biến đổi độ sáng khác.
Bí ẩn của "vũ điệu ba sao"
Từ lâu, các nhà khoa học đã cho rằng những hệ CV không ổn định này hình thành khi hai ngôi sao đơn giản dần xoắn ốc về phía nhau thông qua một lớp khí chung. Tuy nhiên, nghiên cứu mới này đã đưa ra một giả thuyết táo bạo khác: chúng thực chất có thể bắt nguồn từ "bánh xe thứ ba" trong vũ trụ, tức một ngôi sao thứ ba, đã đẩy hệ sao đôi bên trong vào một quỹ đạo hẹp hơn.
"Kết quả của chúng tôi tiết lộ một con đường thay thế để hình thành CV," đồng tác giả nghiên cứu Kareem El-Badry, phó giáo sư thiên văn học tại Caltech, chia sẻ. "Đôi khi ngôi sao thứ ba ẩn hiện chính là chìa khóa".
Để khám phá khả năng này, các nhà nghiên cứu đã sử dụng dữ liệu khổng lồ từ sứ mệnh Gaia của Cơ quan Vũ trụ Châu Âu (ESA), cung cấp các phép đo chính xác về hàng tỷ ngôi sao khắp Dải Ngân hà. Họ đã xác định được 50 hệ CV nằm trong các hệ thống ba sao phân cấp, tức là hai ngôi sao quay quanh nhau gần nhau, trong khi ngôi sao thứ ba quay quanh chúng ở khoảng cách xa hơn nhiều.
Điều đáng kinh ngạc là khoảng 10% số CV đã biết thuộc loại này, một tỷ lệ quá cao để có thể giải thích bằng sự trùng hợp ngẫu nhiên.
Để điều tra sâu hơn, nhóm nghiên cứu đã chạy mô phỏng máy tính của 2.000 hệ thống ba sao giả định. Các mô hình này cho thấy rằng trong nhiều trường hợp, lực hấp dẫn của ngôi sao thứ ba có thể kéo giãn quỹ đạo của hệ sao đôi bên trong cho đến khi hai ngôi sao di chuyển đủ gần để lực thủy triều chiếm ưu thế, kéo chúng lại gần nhau hơn mà không cần trải qua giai đoạn lớp khí bao phủ thông thường như lý thuyết cũ vẫn nghĩ.
Trên thực tế, 20% CV mô phỏng được hình thành mà không cần trải qua quá trình "bao phủ chung" này, trong khi 60% mô phỏng cho thấy ngôi sao thứ ba đã khởi xướng quá trình xoắn ốc dẫn đến bao phủ chung.
Sức mạnh của "lực thủy triều" và khoảng cách lý tưởng
"Lực hấp dẫn của ngôi sao thứ ba khiến hệ sao đôi này có quỹ đạo rất lệch tâm, đẩy ngôi sao đồng hành đến gần sao lùn trắng hơn. Lực thủy triều tiêu thụ năng lượng, khiến quỹ đạo co lại và trở thành hình tròn", Cheyanne Shariat, tác giả chính của nghiên cứu và là nghiên cứu sinh tại Caltech, giải thích. "Các ngôi sao không nhất thiết phải xoáy vào một lớp vỏ chung".
Khi các nhà nghiên cứu điều chỉnh mô phỏng của họ để phản ánh sự phân bố thực sự của quần thể sao trong thiên hà của chúng ta, Dải Ngân hà, họ đi đến một kết luận chấn động: có tới 40% tổng số CV có thể hình thành trong hệ thống ba sao.
Các mô phỏng cũng cung cấp manh mối quan trọng về những hệ thống ba sao nào có nhiều khả năng tạo ra các sao biến quang thảm khốc. Một yếu tố quan trọng là khoảng cách. Những hệ thống cuối cùng hình thành CV thường bắt đầu với cặp sao bên trong và ngôi sao thứ ba xa hơn, cách xa nhau hơn 100 đơn vị thiên văn (AU). (Một đơn vị thiên văn (AU) là khoảng cách trung bình giữa Trái Đất và Mặt Trời).
Nhiều ngôi sao thứ ba này hiện có thể quá mờ hoặc quá xa để phát hiện bằng công nghệ hiện tại, hoặc thậm chí có thể đã bị lực hấp dẫn đẩy ra khỏi hệ thống hoàn toàn sau khi hoàn thành "nhiệm vụ" của mình.
"Trong 50 năm qua, người ta đã sử dụng mô hình tiến hóa xoắn ốc trong vỏ chung để giải thích sự hình thành của các CV," Giáo sư El-Badry nói. "Trước đây, chưa ai nhận thấy điều này xảy ra ở quy mô lớn trong các hệ sao ba!".
Kết quả nghiên cứu này, được công bố trên tạp chí Transactions of the Astronomical Society of the Pacific , không chỉ mở ra một con đường mới để hiểu về sự hình thành của các hệ sao đôi kỳ lạ mà còn là minh chứng cho sự phức tạp và bất ngờ của vũ trụ, nơi những "vũ điệu" hấp dẫn giữa các thiên thể vẫn còn nhiều bí mật đang chờ được giải mã.
Lấy link