Các nhà vật lý thiên văn xác định cụm sao đa hệ '3+1' nhỏ gọn nhất từng được biết đến

Cộng đồng vật lý thiên văn quốc tế vừa chính thức ghi nhận hệ thống TIC 120362137 là cụm sao đa hệ kiểu "3+1" có cấu trúc nhỏ gọn nhất từng được phát hiện từ trước đến nay. Khám phá mang tính đột phá này đã được công bố trên tạp chí Nature Communications vào tháng 3 năm 2026, mở ra một cơ hội vô tiền khoáng hậu để các nhà khoa học nghiên cứu về những tương tác trọng lực cực đoan bên trong các cấu trúc phân cấp phức tạp. Công trình nghiên cứu được dẫn dắt bởi nhà thiên văn học người Hungary, ông Tamás Borkovits từ Đại học Szeged, cùng với sự phối hợp chặt chẽ của các chuyên gia đến từ Trung Quốc, Cộng hòa Séc và Slovakia, giúp làm sáng tỏ động lực học cũng như sự ổn định lâu dài của các quần thể sao có mật độ tập trung cao.

Kiến trúc đặc biệt của hệ thống TIC 120362137 bao gồm một lõi trung tâm gồm ba ngôi sao liên kết chặt chẽ, trong khi ngôi sao thứ tư nằm ở khoảng cách xa hơn và quay quanh nhóm lõi này. Theo các phép tính toán học chi tiết, ba thành phần bên trong nằm gần nhau đến mức toàn bộ quỹ đạo của chúng có thể nằm gọn trong phạm vi quỹ đạo của sao Thủy quanh Mặt Trời. Trong khi đó, ngôi sao thứ tư ở vòng ngoài di chuyển trong khoảng cách tương đương giữa quỹ đạo của sao Mộc và Mặt Trời. Một điểm đáng chú ý là ba ngôi sao nội tâm đều có khối lượng lớn hơn và nhiệt độ cao hơn Mặt Trời, trái ngược với ngôi sao ngoại vi vốn có nhiều đặc điểm tương đồng với ngôi sao của chúng ta. Nằm cách Trái Đất khoảng 1900 năm ánh sáng, cấu hình này đã thiết lập một kỷ lục mới khi chu kỳ quỹ đạo của ngôi sao ngoài cùng chỉ kéo dài khoảng 1046 ngày, ngắn hơn đáng kể so với bất kỳ hệ thống "3+1" nào khác được ghi nhận trước đây.

Cấu trúc lõi bên trong của hệ thống bao gồm một hệ sao đôi che nhau với chu kỳ quỹ đạo cực ngắn chỉ 3,3 ngày Trái Đất, và cặp đôi này lại tiếp tục quay quanh ngôi sao thứ ba sau mỗi 51,3 ngày. Việc phát hiện ra những hệ thống phức tạp như vậy thường gặp rất nhiều khó khăn, bởi việc xác định thành phần thứ tư thông qua phân tích các hiện tượng che nhau đòi hỏi một khoảng thời gian quan sát và theo dõi liên tục. Dữ liệu phục vụ nghiên cứu được thu thập từ vệ tinh TESS (Vệ tinh Khảo sát Hành tinh Ngoại hệ Quá cảnh) của NASA trong suốt giai đoạn từ năm 2019 đến 2024, sau đó được kết hợp với các dữ liệu mặt đất từ các đài quan sát danh tiếng như Tillinghast Reflector Echelle Spectrograph (TRES). Đây là lần đầu tiên dấu vết quang phổ của cả bốn ngôi sao trong một hệ thống như vậy được ghi lại trực tiếp, cho phép các nhà khoa học tính toán chính xác tuyệt đối khối lượng và quỹ đạo chuyển động của từng thành phần. Máy quang phổ TRES, được lắp đặt trên kính thiên văn Tillinghast 1,5 mét tại đỉnh núi Mount Hopkins ở Arizona, đã đóng vai trò then chốt trong việc xác nhận sự hiện diện của ngôi sao thứ tư này.

Các mô phỏng số hóa trên máy tính chỉ ra rằng, do khoảng cách giữa các ngôi sao quá gần, quá trình chuyển đổi khối lượng và sáp nhập giữa các thành phần là điều không thể tránh khỏi trong tương lai. Theo các dự báo khoa học, trong khoảng 9,39 tỷ năm tới, bộ tứ này sẽ tiến hóa để trở thành một cặp sao lùn trắng ổn định. Cụ thể, thành phần sơ cấp ở lõi bên trong sẽ sáp nhập với đối tác của nó để tạo thành thiên thể trung gian A'. Sau đó khoảng 276 triệu năm, thiên thể A' này sẽ tiếp tục sáp nhập với ngôi sao thứ ba (B) để hình thành một ngôi sao khổng lồ AB, trước khi cuối cùng sụp đổ thành một sao lùn trắng. Ngôi sao thứ tư ở bên ngoài cũng sẽ trải qua một lộ trình tiến hóa tương tự để trở thành sao lùn trắng thứ hai. Kết quả cuối cùng là một hệ thống sao đôi gồm hai sao lùn trắng với chu kỳ quỹ đạo khoảng 44 ngày. Khám phá này đã xác nhận bằng thực nghiệm các mô hình lý thuyết dự đoán về sự ổn định lâu dài của các cấu hình sao cực kỳ dày đặc, chứng minh rằng chúng có thể tồn tại bền vững hàng tỷ năm trước khi đi đến giai đoạn tiến hóa cuối cùng.

Sự kiện phát hiện ra TIC 120362137, với sự đóng góp không nhỏ của các nhà khoa học công dân trong việc phân tích dữ liệu từ TESS, đã nhấn mạnh tầm quan trọng của các hệ thống phân cấp đối với việc tìm hiểu các quy luật hình thành sao trong vũ trụ. Khả năng phát hiện trực tiếp quang phổ của toàn bộ bốn thành phần là một thành tựu vượt bậc về mặt phương pháp luận, vượt xa những kết luận vốn chỉ dựa trên việc phân tích đường cong ánh sáng đơn thuần. Việc nghiên cứu những hệ thống có sự cân bằng chính xác tuyệt đối như thế này cung cấp những dữ liệu thực chứng vô giá để kiểm chứng các lý thuyết về tiến hóa sao trong những môi trường có mật độ vật chất cực đoan.