Ảnh: MIT

Nhóm các nhà thiên văn học quốc tế do Viện Công nghệ Massachusetts (MIT) dẫn đầu mới đây đã phát hiện một hệ thiên thể đặc biệt có một ngôi sao đang “thong thả nhấm nháp” vật chất từ một sao lùn nâu quay quanh nó.

Được công bố trên tạp chí khoa học Nature Astronomy, phát hiện này đã cung cấp bằng chứng đầu tiên về một ngôi sao khối lượng thấp liên tục tiếp nhận vật chất từ một thiên thể khối lượng thấp khác.

Thay vì nhanh chóng nuốt chửng vật thể đồng hành như “kịch bản” sao nuốt hành tinh thường thấy, ngôi sao trong hệ thiên thể này dường như lại đang tiêu thụ vật chất với tốc độ chậm và ổn định.

Hệ thiên thể mới có tên ZTF J0440+2325, nằm trong dải Ngân hà, cách Trái đất khoảng 300 năm ánh sáng. Đây là hệ thiên thể được phát hiện thông qua dữ liệu của Cơ sở Quan sát Hiện tượng Kỳ thú Zwicky (ZTF) khi cơ sở này sử dụng kính thiên văn tại Đài quan sát Palomar ở California (Mỹ) để theo dõi những thay đổi về độ sáng trên bầu trời.

Trong quá trình phân tích dữ liệu, nhà vật lý Kevin Burdge tại MIT chú ý đến một tín hiệu ánh sáng có hình dạng khác thường. Thay vì tăng sáng rồi mờ dần như nhiều hiện tượng thiên văn khác, tín hiệu này có dạng gần giống hình tam giác và lặp lại theo chu kỳ.

Ban đầu, nhóm nghiên cứu xem xét khả năng đây là một hệ đôi tương tự hệ “góa phụ đen”, trong đó một sao neutron quay nhanh hút vật chất từ thiên thể đồng hành có khối lượng nhỏ hơn. Tuy nhiên, dữ liệu không cho thấy chuyển động đặc trưng của những hệ như vậy.

Nhóm nghiên cứu sau đó tiến hành quan sát bổ sung bằng nhiều kính thiên văn để xác định bản chất của nguồn sáng. Các phép đo cho thấy độ dao động vị trí của hệ nhỏ hơn đáng kể so với những hệ đôi có sao neutron, qua đó giúp các nhà khoa học nhận diện hai thiên thể trong hệ.

Kết quả cho thấy ZTF J0440+2325 gồm một ngôi sao khối lượng thấp và một sao lùn nâu ở khoảng cách rất gần nhau. Ngôi sao có khối lượng tương đương khoảng 85 lần Sao Mộc, trong khi sao lùn nâu có khối lượng khoảng 25 lần Sao Mộc. Hai thiên thể hoàn thành một vòng quỹ đạo quanh nhau chỉ trong 87 phút.

Bằng phương pháp xây dựng các mô phỏng dựa trên đặc điểm của hai thiên thể và các quy luật vật lý chi phối chuyển động của vật chất, nhóm nhận thấy vật chất từ sao lùn nâu có thể rơi trực tiếp xuống bề mặt ngôi sao. Quá trình này được gọi là bồi tụ, thường được quan sát ở những hệ có lỗ đen hoặc sao neutron hút vật chất từ thiên thể đồng hành. Tuy nhiên, trong trường hợp mới, vật chất không rơi vào một vật thể đặc biệt nhỏ như lỗ đen mà va trực tiếp vào bề mặt một ngôi sao.

Nhóm nghiên cứu ước tính sao lùn nâu đang mất vật chất với tốc độ tương đương khoảng 1/100.000 khối lượng Trái đất mỗi năm. Dù quá trình này diễn ra liên tục, lượng vật chất mất đi chỉ chiếm một phần rất nhỏ khối lượng của sao lùn nâu, cho phép sự tương tác có thể kéo dài trong thời gian rất lâu.

Theo các mô phỏng, dòng vật chất rơi xuống ngôi sao tạo ra một vùng nóng phát sáng. Khi hai thiên thể chuyển động quanh nhau, vùng sáng này lần lượt hướng về phía người quan sát rồi khuất khỏi tầm nhìn. Sự thay đổi độ sáng theo chu kỳ đó giải thích tín hiệu hình tam giác mà các nhà khoa học phát hiện trong dữ liệu ZTF.

Phát hiện cho thấy sự tương tác giữa các ngôi sao và thiên thể đồng hành không nhất thiết kết thúc bằng việc một vật thể nhanh chóng nuốt chửng vật thể còn lại. Trong một số hệ thiên thể, quá trình trao đổi vật chất có thể diễn ra từ từ và duy trì trong thời gian dài.

Nhóm nghiên cứu hy vọng tiếp tục tìm kiếm những hệ tương tự để xác định mức độ phổ biến của hiện tượng này, qua đó làm rõ hơn các hình thức tương tác giữa sao, sao lùn nâu và những thiên thể đồng hành.

Nghiên cứu được hỗ trợ một phần bởi Quỹ Khoa học Quốc gia Mỹ.