Sao Lùn Nâu Là Gì? Khám Phá Bất Ngờ Từ SPHEREx của NASA
Bài viết phát hành:
Cập nhật lần cuối:
Giữa vũ trụ bao la, có những thiên thể mang đặc tính của cả sao lẫn hành tinh nhưng không thuộc hẳn về bên nào. Giới thiên văn học gọi chúng là sao lùn nâu (brown dwarfs). Chúng tôi từng nghĩ đây là những "kẻ lửng lơ" gần như bất khả tiếp cận, vì ánh sáng của chúng quá yếu để quan sát. Nhưng vào tháng 10 năm 2026, kính viễn vọng không gian SPHEREx của NASA đã công bố những dữ liệu cho thấy bầu khí quyển của chúng phong phú hơn nhiều so với tưởng tượng.
Sao Lùn Nâu Là Gì?
Sao lùn nâu là những thiên thể nằm ở ranh giới giữa các ngôi sao bình thường và các hành tinh khí khổng lồ như Sao Mộc. Chúng được phát hiện lần đầu vào thập niên 1990. Giống như các ngôi sao, sao lùn nâu hình thành từ quá trình sụp đổ của những đám mây khí và bụi. Nhưng khối lượng của chúng không đủ lớn để duy trì phản ứng tổng hợp hạt nhân hydro ở lõi, điều kiện để một vì sao thực thụ tỏa sáng rực rỡ.
- Khối lượng: Thường nặng gấp khoảng 13 đến 80 lần Sao Mộc, theo cách phân loại thông dụng của giới thiên văn.
- Nguồn nhiệt: Chúng được làm nóng hoàn toàn từ bên trong, nên phát sáng yếu ớt và nguội dần theo thời gian.
- Sự cô độc: Nhiều sao lùn nâu trôi tự do trong bóng tối, không bị ràng buộc với ngôi sao chủ nào.
- Điểm giống hành tinh: Chúng có nhiều đặc điểm tương tự Sao Mộc và Sao Thổ, từ lớp mây dày đến thành phần khí quyển.
(Xem thêm: Núi Lửa Dạng Tầng Là Gì? Cấu Trúc Và Độ Nguy Hiểm)
Kính Viễn Vọng SPHEREx Là Gì?
SPHEREx là tên viết tắt của Spectro-Photometer for the History of the Universe, Epoch of Reionization, and Ices Explorer. Đây là kính viễn vọng hồng ngoại của NASA, phóng vào tháng 3 năm 2025 và do Phòng thí nghiệm Sức đẩy Phản lực (JPL) quản lý. Kính được chế tạo bởi BAE Systems, còn việc phân tích khoa học do các nhà nghiên cứu tại 13 tổ chức ở Hoa Kỳ, Hàn Quốc và Đài Loan thực hiện. Dữ liệu của SPHEREx được mở miễn phí cho giới khoa học và công chúng.
Mỗi ngày, kính chụp khoảng 3.600 bức ảnh riêng biệt để ghép thành bản đồ toàn bầu trời. Mục tiêu chính của sứ mệnh là xác định vị trí hàng trăm triệu thiên hà, tìm kiếm các thành phần hóa học của sự sống và lập bản đồ băng giữa các vì sao. Việc phát hiện sao lùn nâu thực chất chỉ là một nhiệm vụ phụ của kính viễn vọng này.
SPHEREx Đã Phát Hiện Điều Gì Ở Sao Lùn Nâu?
Nghiên cứu mới được công bố trên tạp chí The Astrophysical Journal, do nhà khoa học Zafar Rustamkulov thuộc IPAC của Caltech dẫn đầu. Nhóm tác giả phân tích quang phổ của 37 sao lùn nâu ở gần Trái Đất, trải dài từ loại L0 đến Y4. Nhiệt độ của chúng thay đổi rất lớn, từ khoảng 2.200 độ C xuống tới khoảng âm 20 độ C. SPHEREx đo độ sáng của từng thiên thể ở 102 màu khác nhau, từ đỏ thẫm mắt người nhìn thấy đến vùng hồng ngoại vô hình, rồi ghép lại thành một quang phổ.
Kết quả cho thấy những thế giới tối và đầy mây này sở hữu bầu khí quyển giàu hóa chất, mang nhiều điểm tương đồng với các hành tinh khí khổng lồ trong hệ Mặt Trời:
- Các phân tử được phát hiện: Nước (H2O), carbon dioxide (CO2), carbon monoxide (CO) và methane (CH4).
- Quang phổ thay đổi theo thời gian: Các vạch hấp thụ của những phân tử này biến đổi khi sao lùn nâu già đi và lạnh dần.
- Giai đoạn chuyển tiếp: Một số sao lùn nâu đang ở giai đoạn năng động, khi các đám mây của chúng mỏng dần và nhường chỗ cho bầu khí quyển giàu methane.
- Độ phủ dữ liệu: Dải bước sóng của SPHEREx thu được phần lớn tổng lượng sáng mà đa số sao lùn nâu phát ra, hơn 80 phần trăm theo bài nghiên cứu.
Vì Sao Sao Lùn Nâu Khó Nghiên Cứu?
Vì không tự tỏa sáng mạnh nhờ phản ứng tổng hợp hạt nhân, sao lùn nâu rất khó nhận ra bằng các thiết bị quang học thông thường. Chúng phát ra bức xạ chủ yếu ở dải hồng ngoại. Đến nay, chỉ khoảng vài chục thiên thể trong số này được nghiên cứu chi tiết bằng kính viễn vọng không gian, nên phần lớn hiểu biết của chúng ta về thành phần, thời tiết và quá trình tiến hóa của chúng vẫn dựa vào các mô hình lý thuyết.
Khi nghiên cứu về những thiên thể này, chúng tôi đặc biệt ấn tượng với lợi thế của việc quan sát từ quỹ đạo. Theo Rustamkulov, SPHEREx nhìn thấy những bước sóng ánh sáng gần như không thể quan sát từ mặt đất, vì hơi nước trong khí quyển Trái Đất đã hấp thụ chúng. Nhờ vậy, kính thu được ánh sáng từ các tầng mây đỏ sâu thẳm của sao lùn nâu trên khắp bầu trời. Các kính viễn vọng như James Webb và Spitzer (đã ngừng hoạt động) từng quan sát sao lùn nâu trước đây. Nhưng SPHEREx là thiết bị đầu tiên chụp ảnh hàng nghìn thiên thể loại này trong vùng phổ trải từ đỏ thẫm đến hồng ngoại.
Các Mô Hình Khí Quyển Đang Gặp Khó
Đây là phần khiến chúng tôi suy nghĩ nhiều nhất. Các mô hình hiện đại nắm bắt được xu hướng hóa học chung của sao lùn nâu. Nhưng khi đối chiếu với giai đoạn chuyển tiếp của các đám mây, chúng không khớp với dữ liệu quan sát. Bài nghiên cứu cũng ghi nhận các mô hình đang cho kết quả chênh lệch có hệ thống về nhiệt độ và bán kính của sao lùn nâu, nên cần được kiểm chứng bằng quan sát thực tế.
Rustamkulov nhận xét rằng không có hai sao lùn nâu nào hoàn toàn giống nhau. Ngay cả khi có cùng nhiệt độ, quang phổ của chúng vẫn khác biệt rõ rệt. Đồng tác giả J. Davy Kirkpatrick cho biết nhóm nghiên cứu mới chỉ phân tích khoảng ba chục thiên thể, và còn hàng nghìn sao lùn nâu khác đang chờ được xử lý. Ông còn kể rằng quá trình này đã biến nhiều nhà nghiên cứu thành những nhà khí tượng học tình cờ, vì việc giải thích thời tiết trên những thiên thể lạnh lẽo này cũng khó như dự báo thời tiết trên Trái Đất.
Kết Luận
Sao lùn nâu là mảnh ghép giúp con người hiểu rõ hơn ranh giới giữa sao và hành tinh. Nhờ dữ liệu hồng ngoại của SPHEREx, các nhà khoa học đã thấy rõ hơn bầu khí quyển nước, methane, carbon dioxide và carbon monoxide của những thế giới cô độc này, đồng thời nhận ra các mô hình hiện nay còn nhiều chỗ chưa khớp. Khi kính viễn vọng tiếp tục quét bầu trời và dữ liệu ngày càng dày thêm, chúng tôi tin rằng bức tranh về sao lùn nâu sẽ còn nhiều bất ngờ.
Nguồn tham khảo:
