TS Đỗ Thị Hoài (thứ tư từ trái sang, hàng đầu) cùng nhóm nghiên cứu tại Trung tâm Vũ trụ Việt Nam. Ảnh: Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam.

Ở một đầu của vòng đời sao là W51, đám mây khí và bụi khổng lồ nơi những ngôi sao mới đang hình thành. Ở đầu kia là χ Cygni, một ngôi sao già đang mất dần vật chất ra không gian. Hai đối tượng tưởng như nằm ở những câu chuyện khác nhau lại được nối bằng cùng một câu hỏi: khí và bụi vận động ra sao khi vật chất đi vào, rồi rời khỏi một ngôi sao?

TS Đỗ Thị Hoài, thuộc nhóm nghiên cứu vật lý thiên văn tại Trung tâm Vũ trụ Việt Nam, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam, cùng các cộng sự tiếp cận câu hỏi đó trong đề tài THTETN.03/24-25 về tính chất vật lý của khí và bụi quanh sao và khu vực hình thành sao. Nhóm sử dụng dữ liệu từ hệ giao thoa vô tuyến NOEMA cùng các kính SOFIA và JCMT để khảo sát nhiệt độ, mật độ, vận tốc, từ trường và sự phân cực ở những vùng khó quan sát.

Hồ sơ chính thức của Viện Hàn lâm xác nhận Đỗ Thị Hoài nhận bằng tiến sĩ năm 2015 sau chương trình đồng hướng giữa Đài thiên văn Paris và Viện Vật lý, với đề tài thuộc vật lý thiên văn về sao già. Hướng nghiên cứu này được bà duy trì nhiều năm sau đó, tập trung vào hình thái, động học lớp vỏ quanh các ngôi sao ở giai đoạn cuối của quá trình tiến hóa.

Một tín hiệu quanh sao già thay đổi chỉ sau một năm

Một trong những đối tượng được nhóm quan sát là χ Cygni, sao biến quang Mira thuộc giai đoạn tiệm cận khổng lồ đỏ – AGB. Ở giai đoạn này, sao mất vật chất qua gió sao; khí và bụi được đẩy ra ngoài rồi trở thành một phần vật chất của môi trường liên sao.

Các quan sát bằng NOEMA cho thấy phát xạ của phân tử H¹²CN rất sáng trong vùng gần ngôi sao. Điều gây chú ý là vùng phát xạ này mở rộng rõ rệt trong dữ liệu năm 2024 so với năm 2023. Bài báo đăng trên Astronomy & Astrophysics không coi đây là một cơ chế đã được giải thích xong: cách diễn giải bằng phát xạ maser còn để lại nhiều câu hỏi, trong khi một số tỷ lệ vạch phổ khác gần sao cũng xuất hiện những đặc điểm ngoài dự kiến.

Đó là ranh giới quan trọng khi đưa kết quả nghiên cứu ra ngoài cộng đồng chuyên môn. Tín hiệu bất thường không đồng nghĩa nhóm đã tìm ra một cơ chế vật lý mới. Dữ liệu hiện cho phép xác định hiện tượng, loại bớt những cách giải thích quá đơn giản và đặt ra những câu hỏi cần quan sát với độ nhạy, độ phân giải cao hơn. Chính bài báo gốc cũng nhấn mạnh việc làm rõ cơ chế của các đặc điểm mới quan sát được vẫn là thách thức.

TS Đỗ Thị Hoài, nhà nghiên cứu vật lý thiên văn tại Trung tâm Vũ trụ Việt Nam. Ảnh: Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam.

  Ở khoảng cách xa hơn khỏi χ Cygni, phát xạ CO lại cung cấp một lát cắt khác. Vật chất quanh sao không hiện ra như một lớp vỏ trơn, thoát ra đều theo mọi hướng, mà có những cấu trúc cục bộ. Kết quả phù hợp với hướng giải thích rằng dao động của sao, các vùng sốc và những cấu trúc đối lưu trên bề mặt có thể góp phần tạo nên các đợt mất vật chất không đồng đều.

Điểm này nối trực tiếp với mạch nghiên cứu mà TS Đỗ Thị Hoài đã theo đuổi từ trước. Năm 2024, trong bài báo về χ Cygni trên Astronomy & Astrophysics, bà đứng tên đầu trong nhóm năm tác giả; công trình được xuất bản theo giấy phép CC BY 4.0. Việc đứng tên đầu là dữ kiện về thứ tự tác giả, không đủ để quy toàn bộ phát hiện cho một người; vì vậy kết quả trong bài này được giữ cách gọi “nhóm nghiên cứu” hoặc “các tác giả”.

Ở “vườn ươm sao”, lực hấp dẫn thắng thế trong phần lớn vùng khảo sát

Nhánh còn lại của đề tài đi ngược về nơi một ngôi sao bắt đầu hình thành. W51 là một vùng tạo sao lớn trong Dải Ngân Hà, chứa những đám mây phân tử dày đặc. Quan sát phát xạ phân cực cho phép nhóm nghiên cứu khảo sát từ trường – một trong những yếu tố có thể chống lại sự co sụp của vật chất dưới tác dụng hấp dẫn.

Tại W51, cường độ từ trường được xác định trong khoảng 0,2–1,2 miliGauss. Phân tích được Viện Hàn lâm công bố cho thấy trong phần lớn vùng khảo sát, hấp dẫn chiếm ưu thế hơn khả năng nâng đỡ của từ trường. Đây là căn cứ để nhóm lý giải vì sao vật chất có thể tiếp tục co lại trong một khu vực đang hình thành nhiều sao khối lượng lớn.

Vùng hình thành sao W51 qua quan sát hồng ngoại của kính không gian Spitzer. Bụi liên sao che khuất ánh sáng nhìn thấy nhưng hiện rõ ở bước sóng hồng ngoại. Ảnh: NASA/JPL-Caltech.

 Con số 0,2–1,2 miliGauss tự nó chưa nói được từ trường “mạnh” hay “yếu” đối với quá trình hình thành sao. Điều quyết định nằm ở tương quan giữa từ trường, khối lượng, mật độ và hấp dẫn trong chính vùng được khảo sát. Vì thế, kết luận cần giữ đúng phạm vi W51 của nghiên cứu, thay vì mở rộng thành khẳng định rằng hấp dẫn luôn thắng từ trường ở mọi nơi hình thành sao.

Ở Orion, dữ liệu phân cực của bụi lại cho thấy một hệ quả khác: cùng một cơ chế không giải thích được mọi vùng. Tại các khu vực lạnh, đặc và ít bức xạ, khả năng định hướng của hạt bụi theo từ trường giảm; nhưng ở nơi bức xạ mạnh, các hạt bụi cũng có thể bị phá vỡ, khiến độ phân cực thấp hơn dự kiến. Nhóm cho rằng phải xét đồng thời sự định hướng do bức xạ, quá trình phá vỡ hạt bụi và nhiễu loạn từ trường để giải thích quan sát.

Cách đọc dữ liệu ở nhiều tầng như vậy cũng giúp tránh một hình dung quá đơn giản về “vườn ươm sao”. Khí và bụi không chỉ là lượng vật chất chờ hấp dẫn kéo tụ lại; chúng chuyển động trong môi trường có từ trường, bức xạ, nhiễu loạn và nhiều thang mật độ khác nhau. Điều mà quan sát phân cực đem lại là khả năng lần theo một phần cấu trúc vật lý vốn không thể nhìn trực tiếp bằng ánh sáng thông thường.

Trong bức tranh thiên văn học Việt Nam, các nhóm đang khai thác nhiều “kênh” khác nhau để đọc vũ trụ. Có hướng dùng sóng hấp dẫn để nghiên cứu những sự kiện thiên văn cực đoan, trong khi nhóm của TS Đỗ Thị Hoài tập trung vào phổ phân tử, phát xạ và phân cực của khí bụi quanh sao.

Một hướng khác đã được Phụ nữ Mới đề cập là nghiên cứu hệ hành tinh và vũ trụ của các nhà khoa học trẻ. Những bài toán khác nhau nhưng cùng cho thấy phần việc của vật lý thiên văn không dừng ở việc tạo ra những bức ảnh đẹp về bầu trời; dữ liệu phải được chuyển thành đại lượng vật lý và đặt trước các mô hình có thể kiểm chứng.

Đường sáng của một ngôi sao cũng trở thành dữ liệu tiến hóa

Mạch nghiên cứu về sao già của TS Đỗ Thị Hoài không chỉ dựa vào phát xạ vô tuyến. Trong một công trình đăng trên The Astrophysical Journal năm 2025, bà đứng tên đầu trong nhóm bốn tác giả phân tích đường cong ánh sáng của các sao biến quang Mira từ cơ sở dữ liệu AAVSO, với chuỗi quan sát kéo dài khoảng bốn thập kỷ.

Thay vì chỉ hỏi một ngôi sao sáng lên hay mờ đi bao nhiêu, nhóm định lượng hình dạng của từng chu kỳ sáng. Kết quả cho thấy một số đặc điểm hình học của đường cong ánh sáng có tương quan với trạng thái tiến hóa của sao trên nhánh AGB. Tuy nhiên, chính bài báo cũng lưu ý độ phân tán còn đáng kể và một số diễn giải vật lý mới ở mức giả thuyết cần tiếp tục kiểm tra bằng mô hình.

Hai cách quan sát – một bên là phổ phân tử và cấu trúc vật chất quanh sao, một bên là biến thiên ánh sáng theo thời gian – đang bổ sung cho cùng một bài toán lớn: ngôi sao thay đổi thế nào khi bước vào giai đoạn cuối và vật chất được đưa trở lại không gian bằng cơ chế nào.

Giá trị của chuỗi nghiên cứu vì thế không nằm ở việc tuyên bố đã “giải mã xong” vòng đời sao. Ở χ Cygni, vẫn còn hiện tượng chưa giải thích đầy đủ; ở Orion, phải phối hợp nhiều cơ chế mới mô tả được dữ liệu; ở nghiên cứu đường cong Mira, một số cách diễn giải vẫn cần mô hình tốt hơn. Phần tiến bộ nằm ở chỗ những câu hỏi rộng về sự ra đời và già đi của ngôi sao được tách thành các dấu hiệu có thể đo, đối chiếu và tiếp tục kiểm nghiệm.

AGB và “gió sao” là gì?

AGB là giai đoạn tiệm cận khổng lồ đỏ trong quá trình tiến hóa của những ngôi sao có khối lượng thấp và trung bình. Khi bước vào giai đoạn này, lớp ngoài của sao giãn nở mạnh và một phần vật chất được đẩy ra môi trường xung quanh dưới dạng gió sao. 

Khí và bụi trong phần vật chất ấy có thể mang theo những nguyên tố được hình thành trong quá trình tiến hóa của sao. Sau khi trở lại môi trường liên sao, chúng trở thành một phần nguyên liệu cho các thế hệ sao và hệ hành tinh tiếp theo.