MỘT NGÔI SAO DAO ĐỘNG TỐ CÁO NGƯỜI BẠN ĐỒNG HÀNH VÔ HÌNH

Những hố đen và sao neutron không nuốt vật chất gần như không thể nhìn thấy trực tiếp. Một cách để tìm ra chúng là quan sát ngôi sao nhìn thấy được đang quay quanh cùng chúng. Bài báo lưu ý rằng các nhà thiên văn đã tìm ra ngày càng nhiều ứng viên “ngủ yên” như vậy theo cách này, và khoảng khối lượng giữa những sao neutron nặng nhất và những hố đen nhẹ nhất vẫn còn ít được quan sát.

TIC 160582982 mở ra một con đường khác thường: bản thân ngôi sao là một chiếc đồng hồ.

Một ngôi sao giữ nhịp thời gian

TIC 160582982 là một sao δ Scuti (Delta Scuti): một ngôi sao loại A nóng, tự quay nhanh, rung động theo nhiều mode áp suất cùng lúc. Một nhóm do Chenglong Lv dẫn đầu, thuộc Đài thiên văn Tân Cương của Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc và Viện Vật lý thiên văn Andalusia ở Granada, đã phân tích khoảng 352 ngày đo đạc từ kính thiên văn không gian TESS và tách ra 128 tần số từ ánh sáng lấp lánh của nó.

Khi một ngôi sao như vậy quay quanh một bạn đồng hành, có lúc nó ở xa chúng ta hơn một chút, có lúc gần hơn một chút. Ánh sáng của nó mất nhiều thời gian hơn, rồi ít thời gian hơn để đến nơi — nên các dao động dường như trôi sớm và muộn theo một chu kỳ đều đặn. Đo độ trôi đó sẽ vẽ ra quỹ đạo. Phương pháp này gọi là điều biến pha (phase modulation).

Quỹ đạo 89 ngày với một bạn đồng hành nặng ký

Sáu dao động ổn định, dùng chung như những chiếc đồng hồ, cho một câu trả lời nhất quán:

• Chu kỳ quỹ đạo: 89,29 ± 0,19 ngày, trên một quỹ đạo rất dẹt (độ lệch tâm 0,54).
• Kích thước chiếu của quỹ đạo ngôi sao nhìn thấy được (bán trục lớn) khoảng 146 giây ánh sáng, tức 0,29 đơn vị thiên văn.
• “Hàm khối lượng” thu được, một tổ hợp của hai khối lượng, là 0,416 khối lượng Mặt Trời — lớn đối với một ngôi sao loại này.

Một phương pháp thứ hai, độc lập, dựa trên các đỉnh phụ mà quỹ đạo tạo ra quanh hai dao động mạnh nhất, cho cùng một quỹ đạo: 89,36 ngày.

Ngôi sao nhìn thấy được nặng khoảng 1,93 khối lượng Mặt Trời, cách khoảng 263 parsec và sáng gấp 37,6 lần Mặt Trời. Kết hợp với quỹ đạo, điều này nghĩa là bạn đồng hành nặng ít nhất khoảng 1,8 khối lượng Mặt Trời — giá trị tối thiểu, đạt được nếu ta nhìn quỹ đạo đúng từ cạnh. Nếu bạn đồng hành là một ngôi sao bình thường, ước tính tốt nhất là khoảng 2,2 khối lượng Mặt Trời.

Phần ánh sáng mất tích

Một ngôi sao bình thường nặng như thế lẽ ra phải dễ phát hiện. Nhóm đã tính xem nó sẽ đóng góp bao nhiêu ánh sáng: với một bạn đồng hành 1,70 đến 1,86 khối lượng Mặt Trời, khoảng 18 đến 26% ánh sáng của hệ ở các dải khả kiến và hồng ngoại; với 2,3 khối lượng Mặt Trời, khoảng 43%.

Nhưng ánh sáng của hệ, đo từ vùng khả kiến đến hồng ngoại trung, khớp hoàn hảo với một ngôi sao loại A duy nhất, không có dư hồng ngoại. Các phổ lưu trữ cũng không cho thấy bộ vạch thứ hai rõ ràng nào, dù sự tự quay nhanh của ngôi sao làm nhòe các vạch của nó. Vì vậy, một bạn đồng hành đơn lẻ bình thường bị “loại trừ mạnh mẽ”, các tác giả viết.

Còn lại hai nghi phạm

Còn lại hai cách giải thích, và dữ liệu hiện nay không thể phân biệt chúng:

1. Một cặp ẩn. Bạn đồng hành có thể tự nó là một cặp sao quay sát nhau, chẳng hạn hai ngôi sao mỗi ngôi khoảng 0,9 khối lượng Mặt Trời. Cùng nhau, chúng cung cấp đủ khối lượng cần thiết mà chỉ thêm khoảng 4% ánh sáng khả kiến và 8 đến 9% ở hồng ngoại.
2. Một ngôi sao đã chết. Một tàn tích đặc — một sao neutron hoặc thậm chí một hố đen khối lượng sao — sẽ thêm rất ít hoặc không thêm chút ánh sáng nào.

Nhóm cũng phát hiện một tín hiệu chậm hơn, lặp lại sau mỗi 0,544 ngày, có cường độ tăng giảm theo quỹ đạo, đạt cực đại gần thời điểm hai thiên thể tiến gần nhau nhất. Đó có thể là một dao động bị nhiễu bởi lực thủy triều từ quỹ đạo lệch tâm, nhưng các tác giả chỉ xếp nó vào loại ứng viên.

Phổ trong trọn một vòng quỹ đạo

Phép thử quyết định là quang phổ: các phổ phân giải cao chụp lặp lại trong trọn một vòng quỹ đạo 89 ngày sẽ kiểm tra quỹ đạo một cách độc lập và tìm những vạch mờ di chuyển cùng một bạn đồng hành hoặc cùng hai ngôi sao của một cặp ẩn. Các phép đo trong tương lai của đài quan sát không gian Gaia, vốn sẽ thấy ngôi sao lắc lư khoảng một phần nghìn giây cung, có thể xác định độ nghiêng của quỹ đạo và tổng khối lượng của bạn đồng hành.

Theo thông tin trên arXiv, bài báo đã được The Astrophysical Journal chấp nhận; phiên bản được đọc ở đây là bản thảo của các tác giả.