SIÊU TÂN TINH MẤT 88 NGÀY MỚI ĐẠT ĐỈNH

Siêu tân tinh 1987A đã dạy các nhà thiên văn rằng một ngôi sao giàu hydro có thể phát nổ rồi thong thả sáng lên: thay vì bùng lên trong vài ngày, nó sáng dần một cách chậm rãi trong khoảng 100 ngày. Nó trở thành nguyên mẫu của một họ nhỏ, các siêu tân tinh “giống 87A” — khoảng 30 trường hợp đã được biết, chiếm chừng 1,4% tổng số các ngôi sao suy sụp.

Trong những năm gần đây, các cuộc khảo sát bầu trời diện rộng đã phát hiện một vài thành viên cực đoan của họ này, sáng hơn và kéo dài hơn nhiều so với phần còn lại. Chúng khó được giải thích bằng cơ chế thông thường, trong đó neutrino từ ngôi sao neutron mới sinh thổi tung ngôi sao.

Một gã khổng lồ chậm chạp

Ngày 11 tháng 5 năm 2023, Cơ sở Quan sát Thiên thể Biến quang Zwicky (Zwicky Transient Facility) ở California phát hiện một nguồn sáng mới trong một thiên hà nhỏ có độ dịch chuyển đỏ 0,1020, tức cách chúng ta khoảng 485 megaparsec, hay 1,6 tỉ năm ánh sáng. Được đặt tên là SN 2023iop, nó đã được theo dõi trong hơn 600 ngày bởi một nhóm quốc tế do Steve Schulze, thuộc Viện Khoa học Weizmann ở Israel, dẫn dắt, với các kính thiên văn từ tử ngoại đến sóng vô tuyến.

• Nó mất ít nhất 88 ngày để đạt đỉnh — thời gian sáng lên thực sự còn dài hơn, vì khi được phát hiện nó đã đang sáng dần.
• Ở đỉnh, nó đạt cấp sao tuyệt đối −20,1: sáng hơn khoảng 0,9 cấp sao so với kỷ lục trước đó trong họ của nó, OGLE-73, và sáng hơn SN 1987A từ 3,7 đến 4,0 cấp sao. Trên thang đo này, con số càng thấp càng sáng, và mỗi cấp sao tương ứng với một hệ số khoảng 2,5.
• Nó bức xạ ít nhất 4,3 × 10⁵⁰ erg, có lẽ gần với 10⁵¹ hơn — erg là một đơn vị năng lượng rất nhỏ, nhưng đó vẫn là lượng Mặt Trời bức xạ trong vài tỉ năm.
• Phổ của nó trông giống phổ của một siêu tân tinh giàu hydro thông thường — nhưng chúng thay đổi cực kỳ chậm. Gần một năm sau đỉnh, SN 2023iop vẫn chưa bước vào giai đoạn mà lớp vỏ trở nên trong suốt và để lộ các vạch của phần lõi, giai đoạn mà SN 1987A đạt được trong khoảng 100 ngày.

SN 2023iop (đen) so với SN 1987A, SN 2018hna, các sự kiện cực đoan OGLE-73 và SN 2020faa, và các siêu tân tinh giống 87A từ khảo sát ZTF (xám): sáng hơn và rộng hơn tất cả. — Hình 18, Schulze và cộng sự (2026), arXiv:2610.27312.

Quá nhiều năng lượng đối với neutrino

Một vụ nổ do neutrino thúc đẩy có một ngân sách cố định: ngôi sao neutron mới sinh giải phóng khoảng 3 × 10⁵³ erg, các mô phỏng chuyển khoảng 1% trong số đó thành chuyển động, và một siêu tân tinh thông thường chỉ bức xạ khoảng 10⁴⁹ erg. Để khớp với SN 2023iop, toàn bộ chuỗi này sẽ phải hiệu quả hơn khoảng 50 lần — điều sẽ lộ ra qua vật chất bị phóng ra nhanh hơn hoặc dấu vết va chạm với khí xung quanh. Không thấy dấu hiệu nào như vậy.

Đường cong ánh sáng cho thêm hai manh mối. Sự sáng lên chậm cho thấy có hơn 12 khối lượng Mặt Trời vật chất bị phóng ra. Và nếu đỉnh sáng được cấp năng lượng bởi niken-56 phóng xạ, như ở nhiều siêu tân tinh, thì cần tới khoảng 2,2 khối lượng Mặt Trời niken — vượt quá mức mà một vụ nổ do neutrino thúc đẩy có thể tạo ra. Các tác giả nhấn mạnh rằng đây là giới hạn trên, chỉ đúng nếu phóng xạ chiếm ưu thế.

Dấu vân tay của niken

Manh mối đáng nói nhất xuất hiện muộn. Đến ngày thứ 326 sau đỉnh, một chỗ nhô thứ hai đã lớn dần trong phổ ở gần 7.300 ångström, vốn không có cho đến ngày thứ 140. Nhóm nghiên cứu tạm xác định đó là một vạch của niken-58 bền, hàm ý có khoảng 0,017 khối lượng Mặt Trời niken loại này nếu khí ở 5.000 K — và nhiều gấp mười lần nếu ở 3.000 K.

Điều đó quan trọng vì các ngôi sao suy sụp thông thường tạo ra lượng ít hơn khoảng mười lần. Lượng như vậy chỉ đạt được trong những mô hình siêu tân tinh bất ổn định cặp (pair-instability supernova) có lõi heli nặng hơn một trăm Mặt Trời. Kênh này mở ra với những lõi heli nặng từ 65 đến 130 Mặt Trời: các cặp electron và positron hình thành ở đó, lấy đi chính những photon đang chống đỡ cho lõi; mất áp suất ấy, lõi suy sụp, nóng lên, và phản ứng hợp hạch bùng chạy mất kiểm soát cùng một lúc, đủ để phá hủy toàn bộ ngôi sao. Không siêu tân tinh nào trong nhóm so sánh có chỗ nhô này.

Điều gì khớp, điều gì không

Một mô hình đã công bố về vụ nổ bất ổn định cặp của một sao siêu khổng lồ đỏ nặng 190 khối lượng Mặt Trời khớp đáng kinh ngạc với giai đoạn sáng lên, đỉnh sáng và các phổ — cho đến 150 ngày sau đỉnh. Sau đó nó thất bại: mô hình mờ dần khi coban-56 phân rã, khoảng 1 cấp sao mỗi 100 ngày, trong khi SN 2023iop chỉ mờ đi 0,2 cấp sao mỗi 100 ngày, vẫn sáng hơn mô hình tới 3,5 cấp sao ở vùng xanh lam (0,7 ở vùng đỏ), và xanh hơn mô hình.

SN 2023iop (chấm đen) so với hai mô hình bất ổn định cặp 190 khối lượng Mặt Trời ở ba màu: mô hình sao siêu khổng lồ đỏ (đường đỏ) bám theo dữ liệu cho đến khoảng 150 ngày sau đỉnh, rồi tụt xuống dưới. — Hình 13 (các ô phía trên), Schulze và cộng sự (2026), arXiv:2610.27312.

Nhóm nghiên cứu đã thử các khả năng khác. Một tiếng vọng ánh sáng — bụi phản xạ đỉnh sáng trước đó — bị loại trừ nhờ sự tiến hóa trơn tru của các phổ. Vật chất rơi ngược trở lại một lỗ đen hoặc sao neutron ở trung tâm cho ra hình dạng tổng thể đúng nhưng màu sắc thì không. Một vụ va chạm với khí mà ngôi sao đã thải ra trước khi chết, ẩn trong một đĩa, là khả thi về mặt năng lượng và có thể cung cấp ánh sáng muộn mà không để lại những vạch hẹp thường thấy. Hai manh mối khác chỉ về một ngôi sao khác thường: ánh sáng phân cực ở mức 0,8–1,0%, dấu hiệu của một vụ nổ lệch, và một thiên hà chủ lùn có khối lượng khoảng 150 triệu khối lượng Mặt Trời, có lẽ nghèo nguyên tố nặng — một điều kiện để ngôi sao giữ được lõi khổng lồ như vậy.

Lời cảnh báo cho vũ trụ xa xôi

Các tác giả kết luận rằng một vụ nổ bất ổn định cặp là kịch bản hợp lý nhất, với phần sáng dư muộn được cấp năng lượng bởi tương tác bị che khuất. Họ nói rõ các giới hạn: việc xác định niken dựa trên một vạch phổ duy nhất và cần được xác nhận, và SN 2023iop “dường như cần nhiều hơn một” nguồn năng lượng.

Họ cũng rút ra một bài học cho các cuộc khảo sát tương lai. Hành vi muộn kỳ lạ của SN 2023iop sẽ trở nên vô hình ở những khoảng cách lớn hơn — dưới ngưỡng của từng ảnh đơn lẻ của đài quan sát Rubin khi độ dịch chuyển đỏ vượt quá 0,3, dưới ngưỡng các khảo sát của James Webb khi độ dịch chuyển đỏ vượt quá 2 đến 6. Nếu nhìn từ xa, nó hẳn đã được gắn nhãn ứng viên bất ổn định cặp “không chút dè dặt”. Do đó, các ứng viên ở xa có thể trông gọn gàng hơn thực tế. Các đợt quan sát đã được phê duyệt bằng Kính viễn vọng Không gian James Webb sẽ tìm trong SN 2023iop bụi và các vạch hồng ngoại có thể giúp phân định các kịch bản.