Phát hiện cấu trúc sắt kỳ lạ trong Tinh vân Chiếc Nhẫn làm thay đổi các mô hình tiến hóa sao

Các nhà thiên văn học trong quá trình nghiên cứu Tinh vân Chiếc Nhẫn, còn được biết đến với tên gọi Messier 57 (M57) nằm cách Trái Đất khoảng 2.300 năm ánh sáng trong chòm sao Thiên Cầm (Lyra), đã phát hiện ra một cấu trúc nội tại gây kinh ngạc. Khám phá này trực tiếp thách thức các mô hình hiện hữu về giai đoạn cuối cùng trong vòng đời của một ngôi sao. Cụ thể, đội ngũ nghiên cứu đã xác nhận sự hiện diện của một "thanh" khí dị thường, được cấu tạo hoàn toàn từ sắt bị ion hóa cực cao, cắt ngang qua lõi hình elip của tinh vân. Phát hiện này, vừa được công bố trên tạp chí Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, cho thấy kiến trúc bên trong của các tàn tích sao phức tạp hơn nhiều so với những giả định trước đây.

Tinh vân Chiếc Nhẫn được nhà thiên văn Charles Messier lập danh mục lần đầu vào năm 1779, thực chất là một lớp vỏ khí đang giãn nở được giải phóng từ một ngôi sao có khối lượng thấp trong giai đoạn cuối của quá trình tiến hóa. Đây cũng chính là viễn cảnh mà Hệ Mặt trời của chúng ta sẽ trải qua sau hàng tỷ năm nữa. Để nhận diện được đặc điểm vốn cực kỳ khó quan sát này, nhóm nghiên cứu đã sử dụng thiết bị WEAVE (WHT Enhanced Area Velocity Explorer) trên Kính thiên văn William Herschel (WHT) có đường kính 4,2 mét tại đảo La Palma, Tây Ban Nha. Chế độ Đơn vị Trường Tích hợp Lớn (LIFU) của máy quang phổ này đã cho phép các nhà khoa học thu thập đồng thời phổ trên toàn bộ diện tích tinh vân, từ đó phát hiện ra tín hiệu sắt yếu ớt vốn đã bị bỏ qua trong suốt nhiều thập kỷ quan sát.

Nhóm nghiên cứu quốc tế, dẫn đầu bởi nhà thiên văn học Roger Wesson từ Đại học College London (UCL), đã xác định rằng chiều dài của thanh sắt này tương đương với khoảng 500 lần đường kính quỹ đạo của Sao Diêm Vương tại điểm viễn nhật. Đáng chú ý hơn, tổng khối lượng sắt trong cấu trúc này xấp xỉ bằng khối lượng của Sao Hỏa. Thiết bị WEAVE, bắt đầu các đợt khảo sát khoa học ở chế độ LIFU từ tháng 10 năm 2023, là một thành phần then chốt trong dự án nâng cấp WHT do Nhóm Isaac Newton quản lý. Cấu trúc sắt này nằm gọn trong lớp elip nội tại của tinh vân, một chi tiết đã được kiểm chứng bằng cách đối chiếu bản đồ phát xạ sắt với các dữ liệu thu được từ Kính thiên văn không gian James Webb.

Các nhà khoa học nhận thấy rằng sự hình thành của thanh sắt này trùng khớp với các vùng tối chứa nhiều bụi và hydro, dẫn đến giả thuyết rằng sự phân rã của bụi có thể đã giải phóng các nguyên tử sắt từng bị giam giữ trước đó. Hình dạng tuyến tính của dải sắt này là một hiện tượng hoàn toàn bất thường đối với một vụ nổ sao, vốn thường được kỳ vọng sẽ có tính đối xứng hình cầu. Thêm vào đó, theo các mô hình tiến hóa sao hiện tại, ngôi sao tiền thân của tinh vân này không đủ khối lượng để sản sinh ra một lượng sắt đáng kể như vậy – loại nguyên tố thường chỉ được hình thành trong lõi của các ngôi sao khối lượng lớn phát nổ dưới dạng siêu tân tinh. Những điều kiện cực đoan cần thiết để ion hóa sắt đến mức độ này vẫn đang là một chủ đề gây tranh cãi trong giới khoa học, vì các nguyên tố khác không tạo ra các cấu trúc tương tự.

Một trong những giả thuyết thú vị nhất đang được đội ngũ nghiên cứu, bao gồm Giáo sư Janet Drew từ UCL, xem xét là thanh sắt này có thể là tàn tích của một hành tinh đá bị phá hủy khi ngôi sao chủ bước vào giai đoạn sao khổng lồ đỏ. Nếu giả thuyết này được chứng minh là đúng, nó sẽ cung cấp những dữ liệu vô giá về số phận của các hệ hành tinh xung quanh những ngôi sao đang lụi tàn. Nhìn chung, các tinh vân hành tinh đóng vai trò quan trọng trong sự tiến hóa hóa học của các thiên hà bằng cách làm giàu môi trường liên sao với các nguyên tố nặng. Các tác giả của nghiên cứu dự định sẽ tiến hành các quan sát tiếp theo với độ phân giải phổ cao hơn để xác định chính xác nguồn gốc của đặc điểm này. Việc xác nhận sự tồn tại của một thanh sắt khối lượng lớn và bị ion hóa cao đã đặt ra những giới hạn mới quan trọng cho các mô phỏng về quá trình kết thúc sự sống của các ngôi sao.