Kính viễn vọng Không gian James Webb đã tìm thấy dấu vết hóa học của các ngôi sao siêu lớn, gấp 10.000 lần Mặt Trời, hình thành 440 triệu năm sau Vụ nổ lớn Big Bang.
Ra đời chỉ 440 triệu năm sau Vụ nổ lớn, các ngôi sao khổng lồ này có thể là nguồn gốc của các nguyên tố nặng trong vũ trụ. Các nhà nghiên cứu đằng sau phát hiện gọi những ngôi sao này là "quái vật vũ trụ". Phát hiện được công bố trên tạp chí Astronomy and Astrophysics.
Cụm sao R136 ở khu vực trung tâm của tinh vân Tarantula. (Ảnh: NASA, ESA, P. Crowther/ University of Sheffield).
"Nhờ dữ liệu được thu thập bởi JWST, chúng tôi tin rằng đã tìm thấy manh mối đầu tiên về sự hiện diện của những ngôi sao phi thường này", Corinne Charbonnel, nhà thiên văn học tại Đại học Geneva (Thụy Sĩ), tác giả chính của nghiên cứu, cho biết.
Nhóm Charbonnel đã tìm thấy dấu vết hóa học của các ngôi sao khổng lồ bên trong các cụm sao cầu, cụm gồm hàng chục nghìn đến hàng triệu ngôi sao gần nhau. Có khoảng 180 cụm sao hình cầu nằm rải rác trong Dải Ngân hà. Nhiều ngôi sao trong các cụm này là những ngôi sao cổ xưa nhất trong vũ trụ, thường được các nhà thiên văn coi là "cửa sổ thời gian" giúp nhìn về những giai đoạn sớm của vũ trụ.
Điều bí ẩn là các ngôi sao trong các cụm này có tỷ lệ các nguyên tố oxygen, nitrogen, sodium và aluminum khác nhau, mặc dù hình thành gần như cùng thời điểm và từ cùng một đám mây khí và bụi cách đây 13,4 tỷ năm.
Các nhà thiên văn học tin rằng nguyên nhân là các ngôi sao siêu nặng, những ngôi sao khổng lồ, sinh ra đầu tiên, trong điều kiện dày đặc của vũ trụ sơ khai. Những ngôi sao này có thể đã đốt cháy các nguyên tố ban đầu ở nhiệt độ cao, tạo ra các nguyên tố nặng hơn, ảnh hưởng đến những ngôi sao nhỏ hơn, hình thành sau.
Các cụm sao cầu chứa hàng trăm nghìn đến hàng triệu ngôi sao, bao gồm một số ngôi sao lâu đời nhất trong vũ trụ. (Ảnh: NASA Goddard).
Nhưng không dễ tìm thấy những ngôi sao khổng lồ cổ xưa này. Với kích thước gấp 5.000-10.000 lần Mặt Trời của, chúng cháy ở 75 triệu độ C. Ngôi sao càng lớn, sáng và nóng sẽ chết đi càng nhanh. Do đó, những con "quái vật vũ trụ" này từ lâu đã chết trong những vụ nổ cực kỳ dữ dội được gọi là siêu tân tinh.
"Các cụm sao cầu có tuổi đời từ 10-13 tỷ năm, trong khi tuổi thọ tối đa của các ngôi sao khổng lồ là 2 triệu năm. Do đó, chúng biến mất rất sớm khỏi các cụm hiện còn có thể quan sát được. Chỉ còn lại dấu vết gián tiếp", Mark Gieles, nhà vật lý thiên văn tại Đại học Barcelona, cho biết.
Để phát hiện các ngôi sao khổng lồ qua dấu vết gián tiếp, hay dư lượng hóa chất, các nhà nghiên cứu cho camera hồng ngoại của JWST theo dõi thiên hà GN-z11. Đây là một trong những thiên hà cổ xưa và xa xôi nhất từng được phát hiện, 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. Qua phân tích ánh sáng phát ra từ các cụm sao cầu khác nhau trong GN-z11, các nhà thiên văn học đã phát hiện ra hàm lượng nitrogen cao, là dấu hiệu của các ngôi sao khổng lồ cổ xưa.
“Sự hiện diện rõ ràng của nitrogen chỉ có thể được giải thích bằng quá trình đốt cháy hydrogen ở nhiệt độ cực cao, chỉ lõi của các ngôi sao khổng lồ mới có thể đạt tới”, Charbonnel cho biết.
Từ dấu hiệu đầu tiên này, các nhà nghiên cứu cho biết sẽ chụp ảnh nhiều cụm sao cầu hơn trong nhiều thiên hà khác nhau để xác minh và tìm kiếm các dấu hiệu khác mà các ngôi sao khổng lồ để lại.