Mô hình đột phá: Sao siêu khối lượng định hình các cụm sao cầu cổ xưa nhất Vũ trụ

Một nhóm các nhà nghiên cứu quốc tế vừa công bố một phương pháp tiếp cận lý thuyết mang tính đột phá, nhằm giải thích quá trình hình thành của các cấu trúc sao lâu đời nhất trong Vũ trụ—đó là các cụm sao cầu. Mô hình mới này thiết lập mối liên hệ giữa sự tiến hóa của chúng với sự tồn tại của các Ngôi sao Khối lượng Cực lớn (EMS). Công trình khoa học quan trọng này, được đăng tải trên tạp chí uy tín "Monthly Notices of the Royal Astronomical Society," đã mở ra một góc nhìn mới mẻ về lịch sử sơ khai của vũ trụ.

Ý tưởng cốt lõi của mô hình dựa trên giả định rằng, trong điều kiện khí hỗn loạn của Vũ trụ sơ khai, các ngôi sao có thể hình thành với khối lượng vượt quá một nghìn lần khối lượng Mặt Trời, thậm chí ước tính có thể đạt tới 10.000 lần khối lượng Mặt Trời. Mặc dù những người khổng lồ này chỉ tồn tại trong một khoảng thời gian cực kỳ ngắn ngủi—chỉ từ một đến hai triệu năm—chúng vẫn kịp đốt cháy hydro và phát ra những luồng gió sao mạnh mẽ. Những luồng gió này mang theo các sản phẩm của quá trình đốt cháy ở nhiệt độ cao, sau đó hòa trộn với khí xung quanh, tạo điều kiện thuận lợi cho sự ra đời của các thế hệ sao mới với thành phần hóa học "bị ô nhiễm" độc đáo.

Những nhân vật chủ chốt trong nghiên cứu này bao gồm Giáo sư Mark Gieles từ Viện Khoa học Vũ trụ Đại học Barcelona (ICCUB) và Viện Nghiên cứu Vũ trụ Catalonia (IEEC), cùng với đồng tác giả Paolo Padoan từ Dartmouth College. Giáo sư Padoan nhấn mạnh rằng khái niệm này hoàn toàn phù hợp với dữ liệu thu thập được từ Kính viễn vọng Không gian James Webb (JWST). Điều này càng củng cố vai trò quyết định của các Ngôi sao Khối lượng Cực lớn (EMS) trong việc định hình các thiên hà đầu tiên.

Các cụm sao cầu, vốn là những tập hợp dày đặc của hàng trăm nghìn hoặc hàng triệu ngôi sao, được xem là "kho lưu trữ" cổ xưa nhất của vũ trụ, với tuổi đời vượt quá 10 tỷ năm. Thành phần hóa học bất thường của chúng, bao gồm nồng độ cao của nitơ, heli, oxy, natri, magie và nhôm, từ lâu đã là một bí ẩn chưa có lời giải. Mô hình mới đưa ra một lời giải thích tinh tế: những "dấu ấn" hóa học này chính là sản phẩm còn sót lại từ hoạt động sống của các EMS, trước khi vụ nổ siêu tân tinh của chúng kịp thời làm thay đổi thành phần của khí.

Các nhà nghiên cứu còn đưa ra giả thuyết rằng sự sụp đổ của những ngôi sao khổng lồ này có khả năng dẫn đến việc hình thành các lỗ đen khối lượng trung gian, mà chúng ta có thể phát hiện trong tương lai thông qua sóng hấp dẫn. Như vậy, công trình này xây dựng một bức tranh toàn diện, kết nối vật lý hình thành sao, sự tiến hóa của cụm sao và quá trình làm giàu hóa học sơ khai. Các quan sát hiện đại của JWST đã phát hiện ra hàm lượng nitơ tăng cao trong các thiên hà sơ khai, điều mà mô hình giải thích là hệ quả trực tiếp của sự thống trị của các cụm sao được hình thành dưới ảnh hưởng của EMS.