Các ngôi sao kỳ lạ tập trung gần trung tâm hệ Ngân Hà trẻ hơn nhiều so với dự đoán lý thuyết. Một nghiên cứu mới cho thấy sự trẻ trung của chúng thực sự có thể là vĩnh cửu do được tiếp năng lượng bởi quá trình hủy vật chất tối.
Sử dụng mô phỏng máy tính về quá trình tiến hóa của sao, các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng các hạt vật chất tối, bị lực hấp dẫn của các ngôi sao này bắt giữ, có thể thường xuyên va chạm và "hủy diệt" lẫn nhau bên trong ngôi sao, biến thành các hạt vật chất thông thường và giải phóng một lượng năng lượng đáng kể.
Các nhà nghiên cứu đề xuất rằng, nguồn năng lượng bổ sung này có thể giúp duy trì sự ổn định của ngôi sao và khiến nó trở nên bất tử, ngay cả khi nguồn cung cấp nhiên liệu hạt nhân thông thường đã cạn kiệt.
Tác giả chính của nghiên cứu Isabelle John, một nghiên cứu sinh tiến sĩ về vật lý hạt thiên văn tại Đại học Stockholm, nói với Live Science qua email: "Các ngôi sao đốt cháy hydro trong phản ứng tổng hợp hạt nhân. Áp lực hướng ra đến từ điều này cân bằng áp lực hướng vào đến từ lực hấp dẫn, và giữ cho các ngôi sao ở trạng thái cân bằng ổn định”.
Tuy nhiên, nhiều ngôi sao được phát hiện gần lỗ đen trung tâm của hệ Ngân Hà dường như trẻ hơn nhiều so với dự đoán của các lý thuyết về sự tiến hóa sao. Để điều tra bí ẩn này, các nhà nghiên cứu đã kiểm tra xem các ngôi sao có thể lấy năng lượng từ nguồn cung cấp vật chất tối dồi dào được cho là tồn tại ở trung tâm thiên hà hay không.
John cho biết: "Mô phỏng của chúng tôi cho thấy rằng nếu các ngôi sao có thể thu thập một lượng lớn vật chất tối, mà bị hủy bên trong chúng, thì điều này có thể tạo ra một áp lực hướng ra bên ngoài cân bằng với lực hấp dẫn hướng vào trong,...”.
Anh cho biết thêm rằng, sự khác biệt quan trọng là trong khi các ngôi sao sử dụng hết hydro, điều khiến chúng cuối cùng phải chết, thì chúng lại có thể liên tục thu giữ vật chất tối.
Thách thức lý thuyết tiến hóa sao
Tiến hóa sao là một chủ đề đã được nghiên cứu kỹ lưỡng. Mối quan hệ giữa tuổi, độ sáng, kích thước và nhiệt độ của một ngôi sao đã được xác định với độ chính xác cao cả về lý thuyết và dữ liệu thiên văn. Tuy nhiên, các quan sát gần đây đã chỉ ra rằng các tính chất của các ngôi sao gần trung tâm hệ Ngân Hà đang thách thức lý thuyết này.
John giải thích: "Các ngôi sao trong cùng của thiên hà của chúng ta, các ngôi sao cụm chữ S, cho thấy một loạt các tính chất không thể tìm thấy ở bất kỳ nơi nào khác: Không rõ làm thế nào chúng lại đến gần trung tâm như vậy, nơi môi trường được cho là khá thù địch với sự hình thành sao. Chúng dường như cũng trẻ hơn nhiều so với dự đoán nếu các ngôi sao di chuyển đến đó từ một nơi khác. Ngoài ra, dường như số lượng ngôi sao nặng đang nhiều bất thường".
Những tính chất kỳ lạ này của các ngôi sao cụm S có thể được giải thích bằng sự hiện diện của một nguồn năng lượng bổ sung bên trong chúng. Và nguồn năng lượng này có thể cho phép ngôi sao đốt cháy hydro - nguồn năng lượng thông thường - với tốc độ thấp hơn, khiến nó già đi chậm hơn và trông trẻ hơn thực tế.
Trong nghiên cứu này, John, cùng với Tim Linden của Đại học Stockholm và Rebecca K. Leane của Phòng thí nghiệm Máy gia tốc Quốc gia SLAC tại Đại học Stanford, cho rằng nguồn này có thể đến từ sự hủy của các hạt vật chất tối. Lời giải thích này phù hợp với thực tế là một lượng lớn vật chất tối được cho là ẩn nấp ở trung tâm thiên hà, ngay nơi các ngôi sao kỳ quặc được quan sát.
John cho biết: "Trong hầu hết các phần của hệ Ngân Hà, mật độ vật chất tối không đủ cao để ảnh hưởng đến các ngôi sao. Nhưng tại Trung tâm Thiên hà, lượng vật chất tối rất cao, có khả năng cao hơn nhiều tỷ lần so với trên Trái đất".
Sự hủy vật chất tối
Để kiểm tra giả thuyết của họ, các nhà nghiên cứu đã tiến hành mô phỏng máy tính về vòng đời của một ngôi sao được bao quanh bởi một đám mây vật chất tối với mật độ tương ứng với mật độ ở trung tâm thiên hà. Họ cho rằng vật chất tối bao gồm các hạt khối lượng lớn tương tác yếu, một trong những ứng cử viên chính cho các thành phần vật chất tối.
Vì các hạt vật chất tối chưa được tìm thấy trong phòng thí nghiệm, nên cường độ tương tác của chúng với vật chất thông thường và tốc độ chúng hủy diệt lẫn nhau không được biết đến. Nhưng nghiên cứu cho thấy rằng đối với các giá trị nhất định của các đại lượng này, cơ chế sản xuất năng lượng dựa trên vật chất tối đã giải thích hoàn hảo các tính chất quan sát được của các ngôi sao cụm S.
Tuy nhiên, để xác nhận lời giải thích mới, các tác giả tin rằng cần phải phát hiện thêm nhiều ngôi sao gần trung tâm thiên hà. Ngoài ra, các phép đo chính xác hơn về các tham số của các ngôi sao đã biết phải được tiến hành để so sánh đáng tin cậy các quan sát với các dự đoán lý thuyết. Hy vọng rằng, những quan sát như vậy có thể sẽ thực hiện được trong tương lai gần bằng cách sử dụng Kính viễn vọng Rất lớn ở Chile hoặc Đài thiên văn Keck ở Hawaii, các nhà nghiên cứu cho biết.
John cho biết, các quan sát chính xác hơn về các ngôi sao cụm S sẽ cung cấp cho chúng ta thêm thông tin về những ngôi sao này và các quá trình đang diễn ra. Điều này sẽ cho thấy liệu các quan sát có phù hợp với mô phỏng của nhóm hay không, hoặc điều đó có thể dẫn đến những lý giải mới về các đặc tính khác thường của những ngôi sao này.
Nghiên cứu, được đăng trên kho dữ liệu in sẵn arXiv và vẫn chưa được đánh giá ngang hàng.
Theo Livescience
