Webb tìm thấy manh mối về sự hình thành sao ở những hành tinh cô độc

Những vật thể khó nắm bắt này mang lại bằng chứng mới cho thấy các quá trình thiên văn như sự ra đời của các sao cũng có thể đóng vai trò quan trọng trong việc tạo ra các vật thể chỉ lớn hơn Sao Mộc một chút.

“Chúng tôi đang khám phá giới hạn của quá trình hình thành sao,” Adam Langeveld, nhà vật lý thiên văn tại Đại học Johns Hopkins và là tác giả chính của nghiên cứu, cho biết. “Nếu bạn có một vật thể giống như Sao Mộc trẻ, liệu nó đã có thể trở thành một ngôi sao trong điều kiện thích hợp? Đây là bối cảnh quan trọng để hiểu về sự hình thành các sao và hành tinh.”

Những phát hiện này đến từ cuộc khảo sát sâu nhất của Webb về tinh vân trẻ NGC1333, một cụm sao hình thành cách chúng ta khoảng 1000 năm ánh sáng trong chòm sao Perseus. Một hình ảnh mới từ khảo sát vừa được ESA công bố cho thấy NGC1333 phát sáng như một màn trình diễn ấn tượng của bụi liên sao và các đám mây khí. Một bài báo chi tiết về những phát hiện của khảo sát đã được chấp nhận để xuất bản trên The Astronomical Journal.

Dữ liệu của Webb cho thấy những thiên thể được phát hiện là những hành tinh khí khổng lồ có khối lượng gấp từ 5 tới 10 lần Sao Mộc. Điều đó có nghĩa là chúng nằm trong số những vật thể có khối lượng thấp nhất từng được tìm thấy ở môi trường mà thông thường sẽ tạo ra các sao và sao lùn nâu (những vật thể nằm giữa ranh giới giữa sao và hành tinh, không bao giờ nhiệt hạch hydro và dần dần mờ đi theo thời gian).

“Chúng tôi đã sử dụng độ nhạy chưa từng có của Webb ở các bước sóng hồng ngoại để tìm kiếm các thành viên mờ nhất của một cụm sao trẻ, nhằm giải quyết một câu hỏi cơ bản trong thiên văn học: Một vật thể nhẹ nhất có thể hình thành theo cách của một ngôi sao là gì?” Ray Jayawardhana, nhà vật lý thiên văn và là đồng tác giả nghiên cứu, cho biết. “Hóa ra, những vật thể trôi nổi tự do nhỏ nhất hình thành giống như các ngôi sao có khối lượng trùng với các hành tinh khổng lồ quay quanh các sao lân cận.”

Quan sát của kính thiên văn không tiết lộ vật thể nào có khối lượng nhỏ hơn năm lần Sao Mộc mặc dù có đủ độ nhạy để phát hiện những vật thể như vậy. Điều này cho thấy bất kỳ vật thể sao nào nhẹ hơn ngưỡng này đều chỉ có thể hình thành giống như cách của các hành tinh, các tác giả kết luận.

“Các quan sát của chúng tôi xác nhận rằng các vật thể có khối lượng cỡ hành tinh được hình thành theo ít nhất hai cách khác nhau: từ sự co lại của một đám mây khí và bụi (như cách các ngôi sao hình thành), và trong các đĩa khí và bụi xung quanh các sao trẻ, giống như Sao Mộc trong Hệ Mặt Trời của chúng ta,” Jayawardhana nói.

Vật thể không có sao thú vị nhất cũng là nhẹ nhất, có khối lượng ước tính bằng năm lần Sao Mộc (khoảng 1.600 lần Trái Đất). Sự hiện diện của một đĩa bụi có nghĩa là vật thể này gần như chắc chắn hình thành giống như một ngôi sao, vì bụi không gian thường quay quanh một vật thể trung tâm trong giai đoạn đầu của sự hình thành sao, Langeveld, một nhà nghiên cứu sau tiến sĩ trong nhóm của Jayawardhana, cho biết.

Các đĩa cũng là điều kiện tiên quyết cho sự hình thành của các hành tinh, cho thấy các quan sát cũng có thể có ý nghĩa quan trọng đối với các hành tinh “nhỏ”.

“Những vật thể nhỏ bé này có khối lượng tương đương với các hành tinh khổng lồ có thể tự mình hình thành các hành tinh,” Aleks Scholz, một nhà vật lý thiên văn tại Đại học St Andrews và là đồng tác giả, cho biết. “Đây có thể là một nơi sinh của một hệ hành tinh thu nhỏ, trên một quy mô nhỏ hơn nhiều so với hệ Mặt Trời của chúng ta.”

Sử dụng công cụ NIRISS trên Webb, các nhà thiên văn học đã đo phổ hồng ngoại của mọi vật thể trong phần được quan sát của cụm sao và phân tích lại 19 sao lùn nâu đã biết. Họ cũng phát hiện ra một sao lùn nâu mới với một bạn đồng hành có khối lượng hành tinh, một phát hiện hiếm hoi thách thức các lý thuyết về cách các hệ sao kép hình thành.

“Có khả năng cặp đôi như vậy được hình thành theo cách các hệ sao kép hình thành, từ một đám mây khí và bụi bị phân mảnh khi nó co lại,” Jayawardhana nói. “Sự đa dạng của các hệ thật sự đáng chú ý và thúc đẩy chúng tôi tinh chỉnh các mô hình về sự hình thành sao và hành tinh.”

Các thế giới cô độc có thể bắt nguồn từ những đám mây phân tử đang sụp đổ không có đủ khối lượng để thực hiện hợp hạch hạt nhân - thứ cung cấp năng lượng cho các ngôi sao. Chúng cũng có thể hình thành khi khí và bụi trong các đĩa xung quanh các sao kết tụ thành những quả cầu giống như hành tinh và cuối cùng bị đẩy ra khỏi hệ sao của chúng, có lẽ do tương tác hấp dẫn với các vật thể khác.

Những vật thể trôi nổi tự do này làm mờ ranh giới phân loại của các thiên thể vì khối lượng của chúng trùng với các hành tinh khí khổng lồ và sao lùn nâu. Mặc dù những vật thể như vậy được coi là hiếm trong thiên hà Milky Way, dữ liệu mới của Webb cho thấy chúng chiếm khoảng 10% các thiên thể trong cụm sao được quan sát.

Trong những tháng tới, nhóm sẽ nghiên cứu thêm về khí quyển của các vật thể mờ và so sánh chúng với các sao lùn nâu nặng hơn và các hành tinh khí khổng lồ. Họ cũng đã được cấp thời gian sử dụng kính thiên văn Webb để nghiên cứu các vật thể tương tự với các đĩa bụi để khám phá khả năng hình thành các hệ hành tinh nhỏ giống như nhiều vệ tinh của Sao Mộc và Sao Thổ.

Các tác giả khác bao gồm Koraljka Mužić và Daniel Capela của Đại học Lisbon; Loïc Albert, René Doyon và David Lafrèniere của Đại học Montreal; Laura Flagg của Đại học Johns Hopkins; Matthew de Furio của Đại học Texas tại Austin; Doug Johnstone của Trung tâm Nghiên cứu Thiên văn học và Vật lý Thiên thể Herzberg; và Michael Meyer của Đại học Michigan, Ann Arbor.

R.T
Theo Phys.org