Hành trình Khoa học, Không gian và Thời gian!
Những ngôi sao có khối lượng lớn gấp tám lần khối lượng Mặt trời của chúng ta thường có cuộc sống khó khăn và chết trẻ. Chúng thường kết thúc cuộc đời ngắn ngủi của mình trong những vụ nổ dữ dội được gọi là siêu tân tinh nhưng sự ra đời của chúng vẫn còn nhiều bí ẩn. Chúng hình thành trong những đám mây khí và bụi rất dày đặc, lạnh lẽo, nhưng chúng ta vẫn chưa biết về những vùng này. Năm 2021, các nhà khoa học dự định nghiên cứu ba trong số những đám mây này để hiểu cấu trúc của chúng.
Những ngôi sao có khối lượng lớn gấp tám lần khối lượng Mặt trời của chúng ta thường có cuộc sống khó khăn và chết trẻ. Chúng thường kết thúc cuộc đời ngắn ngủi của mình trong những vụ nổ dữ dội được gọi là siêu tân tinh nhưng sự ra đời của chúng vẫn còn nhiều bí ẩn. Chúng hình thành trong những đám mây khí và bụi rất dày đặc, lạnh lẽo, nhưng ít ai biết về những vùng này. Năm 2021, ngay sau khi ra mắt Kính viễn vọng Không gian James Webb của NASA, các nhà khoa học dự định nghiên cứu ba trong số những đám mây này để hiểu cấu trúc của chúng.
“Những gì chúng tôi đang cố gắng làm là nhìn vào nơi sinh của những ngôi sao lớn”, Erick Young, nhà điều tra chính của một chương trình sẽ sử dụng Webb để nghiên cứu hiện tượng này. Ông là một nhà thiên văn học với Hiệp hội Nghiên cứu Vũ trụ Đại học ở Columbia, Maryland chia sẻ. “Xác định cấu trúc thực tế của các đám mây là rất quan trọng trong việc cố gắng tìm hiểu quá trình hình thành sao”.
Những đám mây lạnh này – có thể có khối lượng lên tới 100.000 lần Mặt trời – dày đặc đến nỗi chúng xuất hiện như những đốm sáng lớn và tối trên bầu trời. Trong khi chúng dường như không có các ngôi sao, những đám mây thực sự chỉ che khuất ánh sáng từ các ngôi sao nền. Những mảng tối này dày đặc với bụi đến nỗi chúng thậm chí còn chặn một số bước sóng của tia hồng ngoại, một loại ánh sáng vô hình với mắt người và thường có thể xuyên qua những đám mây bụi. Đó là lý do tại sao chúng được gọi là “những đám mây tối hồng ngoại.” Tuy nhiên, độ nhạy chưa từng có của Webb cho phép quan sát các ngôi sao nền thậm chí thông qua các khu vực rất dày đặc này.
Môi trường sinh và thành phần cấu tạo
Để hiểu được các ngôi sao khổng lồ hình thành như thế nào, bạn phải hiểu môi trường mà chúng hình thành. Nhưng một trong những điều khiến việc nghiên cứu sự hình thành sao khổng lồ trở nên khó khăn là ngay khi một ngôi sao bật lên, nó sẽ tỏa ra tia cực tím cực mạnh với những cơn gió mạnh.
“Các lực lượng này phá hủy môi trường sinh đẻ mà ngôi sao được tạo ra”, chuyên gia về đám mây đen hồng ngoại Cara Battersby, một giáo sư vật lý tại Đại học Connecticut giải thích. “Môi trường bạn đang nhìn sau khi nó hình thành hoàn toàn khác với môi trường thuận lợi cho sự hình thành của nó ở nơi đầu tiên. Và vì chúng ta biết rằng các đám mây tối hồng ngoại là nơi mà các ngôi sao lớn có thể hình thành, nếu chúng ta nhìn vào chúng cấu trúc trước khi các ngôi sao hình thành hoặc mới bắt đầu hình thành, chúng ta có thể nghiên cứu môi trường nào là cần thiết để hình thành những ngôi sao khổng lồ đó. “
Battersby ví quá trình trên như việc nướng bánh quy: Ngay khi bạn nướng chúng, chúng hoàn toàn khác với chính bột nhào. Nếu bạn chưa bao giờ thấy bột trước đây, bạn có thể không biết rõ quy trình nướng đó sẽ như thế nào. Những đám mây đen hồng ngoại giống như bột thô trước khi bạn nướng nó. Nghiên cứu những đám mây này giống như có cơ hội nhìn vào bột bánh quy, xem những gì trong nó và tìm hiểu tính nhất quán của nó là gì.
Tầm quan trọng của những ngôi sao lớn
Hiểu các ngôi sao lớn và môi trường của chúng rất quan trọng vì nhiều lý do. Đầu tiên, trong cái chết bùng nổ của chúng, chúng sẽ giải phóng nhiều yếu tố cần thiết cho cuộc sống. Các nguyên tố nặng hơn hydro và heli – bao gồm các khối xây dựng sự sống trên Trái đất – đến từ bên trong các ngôi sao lớn. Những ngôi sao khổng lồ đã biến đổi một vũ trụ gần như hoàn toàn gồm hydro thành môi trường phức tạp, phong phú có thể tạo ra các hành tinh và con người.
Những ngôi sao khổng lồ cũng tạo ra một lượng năng lượng khổng lồ. Ngay khi chúng được sinh ra, chúng phát ra ánh sáng, bức xạ và gió có thể tạo ra bong bóng trong môi trường liên sao, có thể gây ra sự hình thành sao ở các vị trí khác nhau. Những bong bóng mở rộng này cũng có thể phá vỡ một khu vực nơi các ngôi sao mới đang hình thành. Cuối cùng, khi một ngôi sao lớn chết trong một vụ nổ ngoạn mục, nó sẽ mãi mãi thay đổi môi trường xung quanh.
Mục tiêu
Nghiên cứu sẽ tập trung Webb vào ba lĩnh vực sau.
The Brick: Một trong những đám mây tối hồng ngoại tối nhất trong thiên hà của chúng ta, đám mây có hình dạng gần như bằng gạch này nằm gần trung tâm của thiên hà, cách Trái đất khoảng 26.000 năm ánh sáng. Hơn 100.000 lần khối lượng Mặt trời, Brick dường như không / hoặc chưa hình thành bất kỳ ngôi sao khổng lồ nào. Nhưng nó có khối lượng lớn trong một khu vực nhỏ đến mức nếu nó hình thành sao, nó sẽ là một trong những cụm sao lớn nhất trong thiên hà của chúng ta giống như cụm Arches và Quintuplet, cũng trong “khu phố” của trung tâm thiên hà.
The Snake: Với cái tên được lấy cảm hứng từ hình dạng ngoằn ngoèo, đám mây cực kỳ hình thù này cách chúng ta khoảng 12.000 năm ánh sáng với tổng khối lượng 100.000 Mặt trời. Rải rác dọc theo Snake là những đám mây bụi dày đặc, ấm áp, mỗi đám mây chứa khoảng 1.000 lần khối lượng Mặt trời trong khí và bụi. Những đám mây này đang được sưởi ấm bởi những ngôi sao trẻ, to lớn hình thành bên trong chúng. Snake có thể là một phần của ‘dây tóc’ dài hơn nhiều, đó là “Xương của dải ngân hà”, truy tìm cấu trúc xoắn ốc của thiên hà.
IRDC 18223: Nằm cách xa khoảng 11.000 năm ánh sáng, đám mây này cũng là một phần của “Xương của dải ngân hà”. Nó cho thấy sự hình thành sao khổng lồ đang hoạt động ở một bên của nó trong khi phía bên kia dường như hoàn toàn yên tĩnh và không bị xáo trộn. Một bong bóng ở phía hoạt động đã bắt đầu phá hủy ‘dây tóc’ ban đầu đã có trước đó. Mặc dù phía không hoạt động vẫn chưa bắt đầu hình thành sao nhưng có lẽ nó sẽ sớm ra mắt.
Kỹ thuật
Để nghiên cứu những đám mây này, Young và nhóm của mình sẽ sử dụng các ngôi sao nền làm đầu dò. “Càng có nhiều ngôi sao, bạn càng có nhiều đường ngắm khác nhau”, Young nói. “Mỗi người giống như một chùm bút chì nhỏ, và bằng cách đo màu của ngôi sao, bạn có thể đánh giá lượng bụi trong đường ngắm cụ thể đó là bao nhiêu.”
Các nhà khoa học sẽ tạo ra các bản đồ – về cơ bản, hình ảnh rất sâu – trong bốn bước sóng hồng ngoại khác nhau. Mỗi bước sóng có một khả năng khác nhau để xuyên qua đám mây. “Nếu bạn nhìn vào một ngôi sao nhất định và thấy rằng nó thực sự đỏ hơn bạn mong đợi, thì bạn có thể đoán rằng ánh sáng của nó thực sự đã đi qua một số bụi và bụi đã làm cho màu đỏ hơn so với ngôi sao điển hình, không bị che khuất”. Trẻ nói.
Bằng cách quan sát sự khác biệt về màu sắc dựa trên bốn phép đo khác nhau trong vùng cận hồng ngoại và so sánh với mô hình làm mờ và làm mờ bụi, Young và nhóm của mình có thể đo được bụi trong đường ngắm cụ thể đó. Webb sẽ cho phép họ làm điều đó cho hàng ngàn và hàng ngàn ngôi sao xuyên qua từng đám mây, mang lại cho họ vô số điểm dữ liệu. Do hầu hết các ngôi sao thuộc một loại nhất định tương tự nhau về độ sáng và màu sắc, nên bất kỳ sự khác biệt rõ rệt nào mà Webb có thể quan sát được chủ yếu là do ảnh hưởng của vật chất giữa chúng ta và các ngôi sao.
Chỉ với Webb
Công việc này chỉ có thể được thực hiện do độ nhạy tinh tế và độ phân giải góc tuyệt vời của Webb. Độ nhạy của Webb cho phép các nhà khoa học nhìn thấy các ngôi sao mờ hơn và mật độ sao nền cao hơn. Độ phân giải góc của nó cùng khả năng phân biệt các chi tiết nhỏ của một vật thể cho phép các nhà thiên văn học phân biệt giữa các ngôi sao riêng lẻ.
Khoa học này đang được tiến hành như một phần của chương trình Quan sát thời gian được đảm bảo (GTO) của Webb. Chương trình này được thiết kế để thưởng cho các nhà khoa học đã giúp phát triển các thành phần phần cứng và phần mềm chính hoặc kiến thức kỹ thuật và liên ngành cho đài quan sát. Young là một phần của nhóm nhạc cụ ban đầu chế tạo thiết bị Camera gần hồng ngoại (NIRCam) của Webb.
Kính thiên văn vũ trụ James Webb sẽ là đài quan sát khoa học vũ trụ hàng đầu thế giới khi nó ra mắt vào năm 2021. Webb sẽ giải quyết những bí ẩn trong hệ mặt trời của chúng ta, nhìn xa hơn về thế giới xa xôi xung quanh các ngôi sao khác và thăm dò các cấu trúc cũng như nguồn gốc bí ẩn của vũ trụ và địa điểm của chúng ta trong đó. Webb là một chương trình quốc tế do NASA dẫn đầu với các đối tác của mình, ESA (Cơ quan Vũ trụ Châu Âu) và Cơ quan Vũ trụ Canada.
Để biết thêm thông tin về Webb, hãy truy cập: http: // www. nasa. chính phủ / webb
Nguồn truyện:
Tài liệu được cung cấp bởi NASA / Goddard Space Flight Center . Bản gốc được viết bởi Ann Jenkins. Lưu ý: Nội dung có thể được chỉnh sửa cho kiểu dáng và độ dài.