MẢNH VỠ CỦA MỘT VỤ VA CHẠM KHỔNG LỒ QUAY LẠI MỖI 957 NGÀY

Các hành tinh đá được cho là hoàn tất quá trình lớn lên qua những vụ va chạm khổng lồ, sau khi khí quanh một ngôi sao trẻ đã tan đi và các phôi hành tinh bắt đầu va vào nhau. Mảnh vỡ có thể mang nhiều dạng: những đám mây hơi ngưng tụ, các hạt silicat mịn, những mảnh vẫn bị ngôi sao giữ lại, và các dòng vật chất trên quỹ đạo bị kéo dài. Một số ngôi sao trẻ được bao quanh bởi lớp bụi ấm sáng bất thường — đĩa mảnh vụn cực đoan — mà các nhà thiên văn coi là dấu hiệu của những vụ va chạm như vậy.

Một câu hỏi then chốt vẫn còn đó: khi ánh sáng hồng ngoại của các đĩa này biến đổi, nó phản ánh những đám mây bụi tồn tại ngắn ngủi, hay một kho chứa lâu dài hơn do vụ va chạm để lại?

Một mặt trời trẻ làm chuẩn

NGC 2547 ID8 là một ngôi sao tương tự Mặt Trời khoảng 35 triệu năm tuổi, nằm trong cụm sao NGC 2547, cách chúng ta khoảng 352 parsec. Các nghiên cứu trước đây đã thấy lớp bụi ấm của nó thay đổi trong vòng 10 đến 35 ngày, và lý giải các sự kiện năm 2012 và 2014 là hai vụ va chạm riêng biệt, có thể liên quan với nhau qua những mảnh vỡ quay lại sau vụ va chạm đầu tiên.

Xiaodian Chen, Shu Wang và Zhuochao Huang, thuộc Đài Thiên văn Quốc gia của Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc và các trường đại học đối tác ở Bắc Kinh, đã tập hợp một bản ghi hồng ngoại kéo dài 19 năm:

bốn phổ hồng ngoại trung: một từ Kính viễn vọng Không gian Spitzer năm 2007 và ba từ JWST năm 2022, 2023 và 2024;
đo quang ở 3 đến 5 micromét từ Spitzer, WISE và NEOWISE, cộng thêm ba phép đo mới từ sứ mệnh SPHEREx năm 2025 và 2026 — tổng cộng 509 điểm.

Hai lớp bụi

Họ khớp mỗi phổ bằng hai thành phần: một nền liên tục nóng, trơn, và một bề mặt mỏng gồm các hạt khoáng.

Bề mặt khoáng hầu như không thay đổi. Suốt 17 năm, nó giữ ở nhiệt độ khoảng 560 kelvin và giữ nguyên công thức: khoảng 88 đến 90% là các hạt olivin cỡ chừng 1 micromét, và 10 đến 12% là những hạt forsterit nhỏ hơn nhiều, khoảng 0,1 micromét. Ngược lại, nền liên tục nóng dao động mạnh, với nhiệt độ màu từ 637 đến 972 kelvin.

Nhịp 956,8 ngày

Ánh sáng ở 4,5 micromét tăng lên rồi giảm xuống với chu kỳ lặp trung bình 956,8 ngày, khoảng 2,6 năm. Sáu trạng thái sáng xuất hiện trong bản ghi, lần gần nhất vào đầu năm 2026, được SPHEREx ghi lại. Nhịp điệu này không hoàn toàn đều: khoảng cách giữa các đỉnh liên tiếp dao động từ 823 đến 1.132 ngày, và độ cao của các đỉnh thay đổi theo từng chu kỳ.

Đồ thị độ dư hồng ngoại ở 4,5 micromét từ 2006 đến 2027 với một làn sóng nét đứt lặp lại và các điểm dữ liệu màu.

Độ dư hồng ngoại của ID8 từ 2006 đến 2026, với kiểu mẫu 956,8 ngày được lặp lại dưới dạng đường cong nét đứt; hình thoi là giá trị từ phổ, hình sao từ SPHEREx. — Figure 2c, Chen, Wang & Huang (2026), arXiv:2610.10130.

Vì sao quỹ đạo phải bị kéo dài

Một vành bụi đơn giản không thể giải thích cả nhiệt độ lẫn nhịp điệu. Bụi ở 560 kelvin nằm cách ngôi sao khoảng 0,21 đơn vị thiên văn, nơi một quỹ đạo tròn chỉ mất khoảng 36 ngày. Một vành có chu kỳ 956,8 ngày sẽ nằm quá xa để chi phối ánh sáng ở 3–5 micromét. Vì vậy các tác giả nghiêng về vật chất trên các quỹ đạo lệch tâm, liên tục lao trở lại vùng ấm, làm thay đổi lượng bụi nóng mỗi lần đi qua trong khi gần như không động chạm tới bề mặt khoáng.

Những hạt forsterit nhỏ xíu cũng kể một câu chuyện. Ánh sáng sao đẩy chúng ra xa: nếu chúng hấp thụ ánh sáng hiệu quả, chúng bị thổi từ 0,21 ra 1 đơn vị thiên văn trong khoảng 21 ngày. Giữ chúng tại chỗ suốt 17 năm đòi hỏi phải nghiền nát lượng vật chất tương đương một thiên thể đá có đường kính 400 đến 460 kilomét. Do đó, bề mặt ổn định được giải thích tốt nhất như một chuỗi va chạm dây chuyền (collisional cascade) được nuôi bởi một kho chứa gồm các thiên thể lớn hơn.

Độc nhất, ít nhất là lúc này

So với 12 đĩa mảnh vụn ấm khác được JWST quan sát, ID8 là đĩa duy nhất kết hợp một bề mặt bị chi phối bởi hạt nhỏ với một nhịp điệu nhiều năm rõ rệt. Hai kịch bản vẫn còn trên bàn: một dòng mảnh vỡ liên tục quay lại, hoặc một thiên thể lớn hơn định kỳ cày xuyên qua kho chứa và châm ngòi cho những va chạm mới. Dữ liệu hiện tại chưa thể phân biệt hai khả năng này.

Nếu được xác nhận, bức tranh này đưa hậu quả của một vụ va chạm khổng lồ vượt ra ngoài một đám mây bụi ngắn ngủi, hướng tới những kho chứa ấm có thể tồn tại hàng thập kỷ hoặc lâu hơn — mà không cần một chuỗi va chạm không liên quan để giữ cho chúng tiếp tục tỏa sáng. Việc theo dõi hồng ngoại dày hơn và lâu hơn, cùng nhiều phổ SPHEREx hơn của các đĩa khác, sẽ cho biết ID8 là một trường hợp hiếm hoi hay chỉ đơn giản là trường hợp rõ ràng nhất.