Siêu tân tinh năm 1181: từ “ngôi sao khách” đến Pa 30
Siêu tân tinh năm 1181 là một vụ nổ sao hiếm trong Dải Ngân hà, được ghi chép chi tiết bởi các nhà thiên văn Trung Quốc, Nhật Bản và Ả Rập như một “ngôi sao khách” sáng lên rồi mờ dần trên bầu trời, và ngày nay được cho là để lại tàn tích Pa 30 mà các kính thiên văn hiện đại có thể quan sát và phân tích. Đây không chỉ là một sự kiện lịch sử mà là một phòng thí nghiệm tự nhiên cho vật lý sao. Điểm đáng nói là tám văn bản cổ bằng tiếng Trung, Nhật và Ả Rập đã mô tả siêu tân tinh năm 1181 xuất hiện trong chòm Cassiopeia, được quan sát liên tục trong khoảng 185 ngày. Những ghi chép thuộc thiên văn học cổ đại này, từng bị xem là chuyện huyền hoặc, nay trở thành dữ liệu đầu vào để các nhà vật lý thiên văn đối chiếu với Pa 30. Nhờ đó, khi Pa 30 được nhận diện là tàn tích pháo hoa vũ trụ phù hợp về tuổi, vị trí và độ sáng, nó lập tức trở thành cầu nối sống động giữa quá khứ và hiện tại, giữa mắt thường trung cổ và CCD trên kính Gemini North.
Gemini North “bóc tách” tàn tích pháo hoa vũ trụ Pa 30
Điểm bùng nổ của câu chuyện nằm ở kính Gemini North trên đỉnh Maunakea. Các nhà khoa học đã dùng thiết bị Máy quang phổ đa đối tượng Gemini (GMOS) để chụp một hình ảnh mới của Pa 30, tàn tích được cho là của siêu tân tinh năm 1181 mà con người từng quan sát bằng mắt trần. Hình ảnh này cho thấy cấu trúc như pháo hoa đông cứng trong không gian, với độ phân giải cấu trúc sợi tốt hơn khoảng 10 lần so với trước đây, mở ra cái nhìn chi tiết hơn về thành phần hóa học và lịch sử của vụ nổ. Nhóm do Tim Cunningham và Ilaria Caiazzo dẫn đầu đã chứng minh rằng những “vệt” sáng thực chất là các chuỗi nút khí xếp như chuỗi hạt, mỗi nút có đường kính cỡ 10^16 cm, tức khoảng 100 tỷ km. Quỹ đạo của Sao Hải Vương rộng khoảng 9 tỷ km, nên một nút trong Pa 30 lớn hơn hơn mười quỹ đạo như vậy đặt cạnh nhau. Một câu nói đáng trích là: “Vùng hành tinh của hệ Mặt Trời của chúng ta có thể nằm gọn trong mỗi nút khoảng mười lần vẫn còn dư chỗ.”
Từ bộ lọc lưu huỳnh và oxy đến câu chuyện vật chất bị xé nhỏ
Cách mà kính Gemini North tách bạch Pa 30 khỏi nền sao dày đặc là minh chứng rõ ràng cho sức mạnh của công nghệ hiện đại. Thay vì thu mọi ánh sáng khả kiến, nhóm đã dùng các bộ lọc băng hẹp chỉ cho phép ánh sáng từ lưu huỳnh bị ion hóa (đỏ) và oxy bị ion hóa kép (xanh lam–xanh lục) đi qua. Điều này làm khí mờ nổi bật lên, để lộ số lượng sợi tăng khoảng một bậc độ lớn trong ánh sáng lưu huỳnh, và xác nhận ánh sáng oxy khuếch tán xuất phát từ cùng các sợi đó. Chiều rộng trung bình của một sợi lưu huỳnh chỉ khoảng 0,7 giây cung, so với độ nhòe khí quyển 0,5 giây cung. Nghĩa là nhóm đang làm việc sát giới hạn của bầu khí quyển nhưng vẫn phân giải được các nút khí – những viên gạch cấu trúc của tàn tích pháo hoa vũ trụ này. Theo bài báo mới công bố, “hình ảnh GMOS đạt độ phân giải cấu trúc sợi tốt hơn khoảng 10 lần, cho phép suy luận chi tiết hơn về thành phần và lịch sử của Pa 30”. Đây là minh họa sống động cho việc quang phổ và hình ảnh độ phân giải cao có thể kể lại cách vật chất bị xé nhỏ rồi trôi dạt sau một vụ nổ sao.
Từ thiên văn học cổ đại tới vật lý siêu tân tinh Type Iax hiện đại
Không dừng ở hình ảnh đẹp, Pa 30 đặt ra câu hỏi vật lý sâu sắc: siêu tân tinh năm 1181 thực sự thuộc loại gì và nó nói gì về chu kỳ sống của các sao khối lượng lớn và sao lùn trắng? Phân tích cho thấy đây nhiều khả năng là siêu tân tinh Type Iax – một phiên bản nhiệt hạch năng lượng thấp hơn, không phá hủy hoàn toàn sao lùn trắng mà để lại một “sao thây ma” sống sót ở trung tâm. Trong Pa 30, ngôi sao trung tâm IRAS 00500+6713 nóng khoảng 200.000°C và thổi gió với tốc độ khoảng 16.000 km mỗi giây, hơn 5% tốc độ ánh sáng. Vì ngôi sao gần như nằm đúng tâm tinh vân, cú “đá” động lượng ngang phải rất nhỏ, gợi ý vụ nổ gần đối xứng. Điều này đối lập với nhiều siêu tân tinh khác nơi phần còn lại bị hất lệch khỏi tâm. Quả cầu sợi xuyên tâm mà chúng ta thấy không chỉ đẹp như đầu bồ công anh; nó là bản ghi ba chiều về cách một vụ nổ nửa vời định hình lại phần lõi sao, buộc các mô hình tiến hóa sao phải tính đến những kịch bản “chết hụt” phức tạp hơn.
Đọc lịch sử vũ trụ trong kỷ nguyên dữ liệu lớn
Pa 30 không được nhận diện từ thời trung cổ; nó chỉ xuất hiện trong dữ liệu vào năm 2013, khi nhà thiên văn nghiệp dư Dana Patchick tìm thấy nó trong khảo sát hồng ngoại WISE, như một phần của chương trình khoa học công dân tìm tinh vân hành tinh. Từ đó tới nay, Pa 30 trở thành ứng viên hàng đầu cho tàn tích của siêu tân tinh năm 1181 – một trong chỉ năm siêu tân tinh trong Dải Ngân hà từng được con người quan sát trước khi có kính thiên văn. Điểm quan trọng là: nhờ các quan sát cổ năm 1181, rất lâu trước khi tồn tại kính thiên văn dù sơ khai, các nhà khoa học ngày nay mới có thể gắn Pa 30 với một sự kiện lịch sử cụ thể và dùng nó để kiểm tra các mô hình siêu tân tinh. Cunningham nhấn mạnh rằng thiên văn học đã bước vào kỷ nguyên dữ liệu lớn, và Pa 30 sẽ là “mẫu chuẩn” để sàng lọc các tập dữ liệu khổng lồ nhằm tìm các tàn tích Type Iax tương tự trong Dải Ngân hà và các thiên hà lân cận. Siêu tân tinh cổ đại vì thế không phải chuyện đã qua; chúng là hồ sơ lưu trữ dài hạn của vũ trụ, mà mỗi thế hệ kính thiên văn lại đọc được thêm vài dòng.
