CỰC QUANG KIỂU SAO MỘC TRÊN MỘT NGÔI SAO LÙN LẠNH NGAY BÊN CẠNH

Sao lùn siêu lạnh nằm ở ranh giới giữa sao và hành tinh. Họ thiên thể này gồm những ngôi sao có khối lượng rất nhỏ, sao lùn nâu và các vật thể có khối lượng hành tinh, tất cả đều lạnh hơn khoảng 2.700 kelvin — đủ lạnh để các chất ngưng tụ tụ lại thành những cấu trúc giống mây trong khí quyển của chúng. Kể từ khi phát xạ vô tuyến từ những vật thể như vậy được tình cờ phát hiện vào năm 2001, nó đã hé lộ những từ trường mạnh vài nghìn gauss. Khoảng 15 đến 20% trong số chúng là “phát vô tuyến mạnh”.

Tín hiệu vô tuyến của chúng thường có hai phần: một vầng sáng ổn định, “tĩnh lặng”, và những xung sáng, quay theo vòng tự quay, có độ phân cực tròn mạnh. Các xung được cho là do một quá trình gọi là bất ổn định maser cyclotron electron — chính quá trình tạo nên cực quang vô tuyến của Sao Mộc và Sao Thổ.

Hai loại cực quang trên Sao Mộc

Trên Sao Mộc, cực quang vô tuyến đến từ hai nguồn chính. Một là vòng oval chính, một vòng cực quang quanh mỗi cực từ, được nuôi bởi các dòng điện gắn với một đĩa plasma quay cùng hành tinh. Nguồn kia đến từ các mặt trăng của hành tinh, trên hết là Io: khi mặt trăng di chuyển qua plasma bị từ hóa của Sao Mộc, nó tạo ra các dòng điện dọc theo những đường sức từ nối nó với hành tinh. Chúng được gọi là đường sức hoạt động (active field lines).

LSPM J0036+1821, một sao lùn loại L cách 8,7 parsec (khoảng 28 năm ánh sáng), được biết là phát sóng vô tuyến từ năm 2002. Một nghiên cứu năm 2008 đã phát hiện các xung của nó lặp lại khoảng mỗi 3,08 giờ. Các ảnh chụp trước đó cũng gợi ý về một thiên thể đồng hành có thể có, nhưng chưa bao giờ được xác nhận.

Ba năm lắng nghe

D. Martín-Carrero, J.C. Guirado và các đồng nghiệp tại Đại học Valencia, cùng các đối tác tại Trung tâm Sinh học Vũ trụ ở Madrid, Trinity College Dublin, Đài thiên văn Lowell, Bảo tàng Lịch sử Tự nhiên Hoa Kỳ và Đại học Colorado, đã kết hợp các quan sát từ 2019 đến 2023:

• một phiên quan sát 8,7 giờ bằng Very Large Array ở dải 8–12 GHz, ngày 7 tháng 12 năm 2021;
• nhiều phiên ngắn hơn bằng hai mạng lưới gồm các chảo vô tuyến cách xa nhau được kết hợp thành một, Mạng VLBI châu Âu (European VLBI Network) và Very Long Baseline Array;
• theo dõi ở ánh sáng khả kiến bằng vệ tinh TESS.

Ở mọi thời điểm, nguồn phát trông như một điểm duy nhất. Những ảnh sắc nét nhất giới hạn vùng phát xạ nhỏ hơn khoảng 0,025 đơn vị thiên văn.

Hình học khớp tốt nhất với các xung vô tuyến: một vòng oval cực quang chính quanh mỗi cực từ (màu lục lam) và một đường sức hoạt động (màu tím), mỗi cái phát sóng vô tuyến theo những hình nón rỗng. Không theo tỉ lệ. — Figure 7, Martín-Carrero et al. (2026), arXiv:2610.09854.

Một chiếc đồng hồ đo đến từng giây

Các xung vô tuyến cho chu kỳ tự quay 3,07941 ± 0,00020 giờ; ánh sáng khả kiến từ TESS cho 3,07908 ± 0,00038 giờ. Hai kết quả trùng khớp, với độ chính xác khoảng một giây. Theo các tác giả, rất ít sao lùn siêu lạnh được đo chu kỳ tự quay chính xác đến vậy ở cả sóng vô tuyến lẫn ánh sáng khả kiến.

Các xung giữ nguyên hình dạng qua nhiều năm và qua các thiết bị khác nhau. Ở một chiều phân cực tròn, có hai đỉnh trong mỗi vòng quay, một đỉnh mạnh hơn đỉnh kia; ở chiều phân cực ngược lại, có một đỉnh duy nhất nằm giữa. Phát xạ không bị cắt cho đến 12 GHz, điều này hàm ý một từ trường mạnh hơn 4,3 kilogauss.

Một vòng, một đường hoạt động

Riêng vòng oval chính hay riêng một đường sức hoạt động đều không tái tạo được các xung: mỗi thứ chỉ cho các đường cong ánh sáng đối xứng. Vì vậy nhóm đã khớp một mô hình lai, lấy cảm hứng từ Sao Mộc:

• vòng oval chính đóng góp một phần ổn định, bao gồm phần lớn đỉnh yếu hơn;
• một đường sức hoạt động duy nhất tạo ra đỉnh mạnh hơn, hay biến đổi, và xung ở chiều phân cực ngược lại.

Kết quả khớp ủng hộ một trục từ chỉ nghiêng khoảng 3,6 độ so với trục quay, được nhìn gần như từ phía xích đạo.

Trong phiên quan sát 8,7 giờ, một đỉnh mờ đi từ khoảng 600 xuống 300 microjansky trong khi đỉnh kia tăng từ khoảng 150 lên 350. Những thay đổi rất nhỏ giải thích được trò bập bênh này: hoặc góc mở của hình nón phát xạ dịch đi một phần nhỏ của một độ, hoặc đường hoạt động dịch chuyển khoảng 7 đến 8 độ theo kinh độ từ vòng quay này sang vòng quay khác. Trò bập bênh tương tự cũng xuất hiện trong dữ liệu năm 2008, tức khoảng 15 năm trước đó.

Một thiên thể đồng hành ẩn giấu?

Trên Sao Mộc, một đường hoạt động di chuyển là dấu hiệu của Io đang quay quanh hành tinh. Ở đây, một thiên thể đồng hành ở gần — trong phạm vi vài lần bán kính của sao lùn — có thể đóng vai trò tương tự. Nhưng các tác giả nhấn mạnh rằng có những kịch bản khác vẫn đúng mà không cần thiên thể đồng hành nào, chẳng hạn những cụm khí và bụi bị giữ lại trong một hình xuyến plasma đang quay, hoặc một từ trường phức tạp hơn. Ứng viên đồng hành được báo cáo trước đây, ở khoảng 0,78 đơn vị thiên văn, đã không được phát hiện ở sóng vô tuyến (dưới 21 microjansky) và dù sao cũng ở quá xa để có tương tác kiểu Io. Những chiến dịch vô tuyến dài hơn, rộng hơn sẽ giúp phân biệt các kịch bản.