Siêu tân tinh năm 1181 để lại những nút khí rộng gấp 10 lần quỹ đạo Sao Hải Vương

Những vệt sáng bùng phát từ Pa 30 như một chùm pháo hoa đông lạnh thực ra không phải là các vệt. Hình ảnh mới từ kính thiên văn Gemini North ở Hawaii cho thấy mỗi sợi là một chuỗi các nút khí xâu chuỗi như những viên ngọc trai, và mỗi nút đủ rộng để chứa quỹ đạo của tất cả tám hành tinh khoảng mười lần.

Điều đó quan trọng vì Pa 30 là nơi duy nhất trong thiên hà của chúng ta mà các nhà thiên văn có thể nghiên cứu các mảnh vụn của một loại vụ nổ sao hiếm gặp, chỉ phát nổ một phần, với ngôi sao sống sót vẫn còn nằm bên trong. Các nút khí là cái nhìn cận cảnh đầu tiên về cách các mảnh vụn đó vỡ ra, và vị trí của ngôi sao cho thấy vụ nổ đồng đều hơn nhiều so với hầu hết các siêu tân tinh.

Pa 30 là tàn dư có khả năng của một “ngôi sao khách” mà các nhà thiên văn thời trung cổ ở Trung Quốc và Nhật Bản, cùng với các nguồn Ả Rập, đã quan sát thấy bùng sáng trong chòm sao Cassiopeia. Ngày nay, tinh vân trông giống như một đầu bồ công anh: một quả cầu các sợi xuyên tâm xung quanh một ngôi sao trung tâm cực kỳ nóng. Các quan sát mới do Tim Cunningham thuộc Trung tâm Vật lý Thiên văn | Harvard & Smithsonian và Ilaria Caiazzo thuộc Viện Khoa học và Công nghệ Áo (ISTA) dẫn đầu, tiết lộ số lượng các sợi đó nhiều gấp khoảng mười lần so với bất kỳ hình ảnh nào trước đây.

“Vùng hành tinh của hệ Mặt Trời của chúng ta có thể nằm gọn trong mỗi nút khoảng mười lần vẫn còn dư chỗ,” Caiazzo nói. “Các nút khá đồng đều một cách nổi bật. Chúng tôi rất hào hứng để thử mô hình hóa chúng.”

Cách Gemini North kéo các nút khí ra khỏi ánh sáng sao

Nhóm nghiên cứu đã sử dụng Máy quang phổ đa đối tượng Gemini (GMOS) trên Gemini North, nằm ở độ cao hơn 4.200 mét trên Maunakea. Thay vì thu thập tất cả ánh sáng khả kiến, họ sử dụng các bộ lọc băng hẹp chỉ cho phép ánh sáng của các nguyên tử cụ thể đi qua: lưu huỳnh bị ion hóa, phát ra ánh sáng đỏ, và oxy bị ion hóa kép, phát ra ánh sáng xanh lam-xanh lục. Việc chặn mọi thứ khác làm cho khí mờ nổi bật lên trên nền sao dày đặc phía sau.

Trong ánh sáng lưu huỳnh, số lượng sợi được phát hiện tăng lên khoảng một bậc độ lớn so với các nghiên cứu trước đây. Nhìn kỹ, những sợi đó không phải là các đường mượt mà mà là các dòng thác nút hoặc cụm. Hình ảnh oxy mang lại kết quả thứ hai: xác nhận đầu tiên rằng ánh sáng oxy khuếch tán được thấy trong các quan sát trước đây đến từ cùng các sợi với lưu huỳnh, chứ không phải từ một đám mây riêng biệt.

Việc đo các nút có nghĩa là làm việc ở giới hạn của những gì khí quyển cho phép. Chiều rộng trung bình của một sợi lưu huỳnh là 0,7 giây cung, chỉ rộng hơn một chút so với độ nhòe 0,5 giây cung của không khí phía trên kính thiên văn đêm đó. Mức chênh lệch nhỏ đó có nghĩa là các sợi đã được phân giải một phần, và nó ngụ ý đường kính nút điển hình khoảng 10^16 cm, hay khoảng 100 tỷ km.

Pa 30 qua những con số bạn có thể cảm nhận

Quỹ đạo của Sao Hải Vương rộng khoảng 9 tỷ km, vì vậy một nút duy nhất trong Pa 30 trải dài hơn mười quỹ đạo như vậy xếp cạnh nhau. Đó là khoảng 670 lần khoảng cách giữa Trái Đất và Mặt Trời, và tinh vân được xâu chuỗi với các chuỗi nút này.

Pa 30 nằm cách Trái Đất khoảng 7.500 năm ánh sáng. Nghe có vẻ xa xôi, nhưng nó gần hơn nhiều so với trung tâm của Dải Ngân hà, cách khoảng 26.000 năm ánh sáng, và sự gần gũi đó là toàn bộ lý do tại sao các nút có thể được nhìn thấy. “Chúng tôi có thể thấy chi tiết này nhờ sự gần gũi của Pa 30 với Trái Đất,” Caiazzo nói.

Ngôi sao ở trung tâm của tinh vân, được ghi nhận là IRAS 00500+6713, nóng khoảng 200.000 độ C, nóng hơn hơn 30 lần so với bề mặt Mặt Trời. Nó tạo ra một luồng gió khoảng 16.000 km mỗi giây, hơn 5 phần trăm tốc độ ánh sáng. Siêu tân tinh tạo ra nó là một trong chỉ năm siêu tân tinh trong Dải Ngân hà được quan sát từ Trái Đất trước khi kính thiên văn được phát minh.

Ngôi sao không bao giờ bị đá văng

Hầu hết các siêu tân tinh phá hủy ngôi sao của chúng hoặc để lại một xác chết đặc. Pa 30 thuộc một lớp hiếm hơn gọi là Type Iax: các vụ nổ nhiệt hạch năng lượng thấp hơn, không hoàn toàn để lại một ngôi sao sống sót bị tổn thương, được mệnh danh là “sao thây ma”. Các nhà nghiên cứu đã đề xuất rằng vụ nổ này bắt đầu từ sự va chạm giữa hai sao lùn trắng, tàn dư dày đặc, kích thước Trái Đất của những ngôi sao đã sử dụng hết nhiên liệu. Pa 30 là tàn dư Type Iax duy nhất được biết đến trong Dải Ngân hà. Một vài vật thể tương tự tồn tại trong các thiên hà khác, nhưng đây là nơi duy nhất mà kính thiên văn có thể nhìn thấy ngôi sao sống sót.

Trong các vụ nổ lệch, ngôi sao sống sót nhận một “cú đá” khiến nó trôi xa khỏi trung tâm của các mảnh vụn. Hình ảnh Gemini đặt tâm của tinh vân ngay tại vị trí của ngôi sao. Nhóm nghiên cứu đặt giới hạn trên khoảng 100 km mỗi giây cho bất kỳ cú đá ngang nào, nhỏ so với chính luồng gió của ngôi sao.

“Các vụ nổ bảo toàn động lượng. Nếu bản thân vụ nổ hoàn toàn đối xứng, thì vật chất phóng ra cũng nên đối xứng, và ngôi sao sống sót không nên nhận một cú đá đáng kể,” Caiazzo nói. “Chúng tôi thực tế không thấy ngôi sao di chuyển đi chút nào.”

Những điều các nút khí chưa giải quyết được

Hình ảnh cho thấy các nút nhưng không cho thấy điều gì tạo ra chúng. Các nhà nghiên cứu cho rằng sự biến thiên về nhiệt độ hoặc mật độ trong khí xung quanh ngôi sao có thể đã phá vỡ dòng vật chất phóng ra thành các cụm, nhưng chưa có mô hình nào tái tạo được các chuỗi đều đặn như vậy. Mô tả của chính Caiazzo, đồng đều một cách nổi bật và đang chờ được mô hình hóa, là một câu hỏi mở chứ không phải câu trả lời.

Phép đo kích thước cũng dựa trên một biên độ nhỏ. Các sợi chỉ rộng hơn một chút so với độ nhòe khí quyển, vì vậy đường kính nút là một suy luận từ các mặt cắt được phân giải một phần, chứ không phải phép đo sạch các nút riêng lẻ. Các hình ảnh oxy được chụp trong điều kiện kém hơn, với chiều rộng khoảng 1 giây cung phù hợp với chính độ nhòe.

Giới hạn cú đá chỉ áp dụng cho chuyển động ngang qua bầu trời. Hình ảnh không thể đo chuyển động về phía hoặc ra xa chúng ta, và một nghiên cứu trước đó của cùng nhóm với Keck Cosmic Web Imager đã tìm thấy nhiều mảnh vụn hơn ở một bên so với bên kia dọc theo đường ngắm của chúng ta, điều mà họ cho rằng có thể gợi ý một vụ nổ bất đối xứng. Việc dung hòa điều đó với một ngôi sao hầu như không di chuyển ngang là một phần của công việc còn dang dở. Ngay cả mối liên hệ với siêu tân tinh lịch sử cũng dựa trên tuổi, vị trí và độ sáng phù hợp, chứ không phải dấu hiệu trực tiếp.

Từ sao khách đến Pa 30

Theo NOIRLab, tám văn bản riêng biệt ghi lại sự kiện này. Những người quan sát lần đầu tiên ghi nhận ngôi sao mới trong khoảng từ 4 đến 6 tháng 8 năm 1181, và nó vẫn có thể nhìn thấy trong chòm Cassiopeia trong 185 ngày. Trong nhiều thập kỷ, các nhà thiên văn đã gán nó cho một tàn dư gọi là 3C 58, nhưng tuổi ước tính của vật thể đó không bao giờ phù hợp.

Bản thân Pa 30 chỉ xuất hiện vào năm 2013, khi nhà thiên văn nghiệp dư Dana Patchick phát hiện ra nó trong dữ liệu hồng ngoại từ WISE của NASA trong một cuộc tìm kiếm khoa học công dân về các tinh vân hành tinh. Đó là tinh vân thứ 30 mà ông tìm thấy. Năm 2021, một nhóm do Andreas Ritter dẫn đầu đã đo một cú sốc di chuyển với tốc độ khoảng 1.100 km mỗi giây và tuổi giãn nở khoảng 1.000 năm, với vị trí trên bầu trời trong vòng 3,5 độ so với các báo cáo của Trung Quốc và Nhật Bản. Năm 2024, Cunningham và Caiazzo đã sử dụng Keck Cosmic Web Imager để chỉ ra rằng các mảnh vụn đang trôi ra ngoài gần như tự do, điều mà họ gọi là xác nhận mạnh mẽ rằng tinh vân đến từ sự kiện năm 1181.

“Các ghi chép lịch sử đáng tin cậy về các vụ nổ sao chỉ kéo dài khoảng một nghìn năm. Theo những gì chúng tôi biết, có thể có những tàn dư tương tự vẫn còn ẩn náu trong bóng tối trong chính thiên hà của chúng ta,” Cunningham nói.

Các câu hỏi thường gặp về Pa 30 và siêu tân tinh năm 1181

Pa 30 là gì?

Pa 30 là một tinh vân trong chòm sao Cassiopeia, cách khoảng 7.500 năm ánh sáng, được tạo thành từ các sợi khí xuyên tâm xung quanh một ngôi sao sống sót rất nóng. Nó là tàn dư có khả năng của siêu tân tinh mà các nguồn Trung Quốc, Nhật Bản và Ả Rập ghi lại vào năm 1181.

Ngày nay có thể nhìn thấy siêu tân tinh năm 1181 không?

Không thể nhìn thấy bằng mắt thường. Vụ nổ mờ dần sau khoảng sáu tháng, và tàn dư Pa 30 của nó đủ mờ đến nỗi chỉ được xác định vào năm 2013 trong dữ liệu khảo sát hồng ngoại. Các sợi của nó chỉ hiện ra trong các hình ảnh sâu từ các kính thiên văn lớn như Gemini North.

Siêu tân tinh Type Iax là gì?

Đây là một phiên bản yếu hơn, không hoàn toàn của các vụ nổ nhiệt hạch phá hủy các sao lùn trắng. Thay vì làm nổ tung ngôi sao hoàn toàn, nó để lại một ngôi sao sống sót bị tổn thương, thường được gọi là sao thây ma. Pa 30 là tàn dư duy nhất được biết đến của loại này trong Dải Ngân hà.

Các nút trong Pa 30 lớn cỡ nào?

Bài báo ước tính đường kính nút điển hình khoảng 10^16 cm, khoảng 100 tỷ km. Theo nhóm nghiên cứu, vùng của hệ Mặt Trời chứa các hành tinh có thể nằm gọn bên trong mỗi nút khoảng mười lần.

Điều gì tiếp theo

Nhóm nghiên cứu hiện muốn mô hình hóa cách các chuỗi nút đều đặn như vậy hình thành. Họ cũng có kế hoạch sử dụng các đặc điểm nổi bật của Pa 30 làm khuôn mẫu để tìm kiếm các tàn dư tương tự trong Dải Ngân hà và các thiên hà lân cận. “Thiên văn học đã bước vào kỷ nguyên dữ liệu lớn,” Cunningham nói. “Những phát hiện của chúng tôi sẽ giúp chúng tôi sàng lọc các tập dữ liệu khổng lồ.” Nghiên cứu được công bố vào ngày 6 tháng 10 năm 2026 trên The Astrophysical Journal.

Tham khảo: Cunningham và cộng sự, “Detection of Knots in the Type Iax Supernova Remnant Pa 30,” The Astrophysical Journal, 2026. DOI: 10.3847/1538-4357/ae9cb2

Thẻ: thiên văn học, Gemini North, NOIRLab, Pa 30, sao lùn trắng, siêu tân tinh