Thiên hà sơ khai đẩy kim loại ra ngoài, nhưng gió từ sao nghèo kim loại có thể yếu hơn dự tính

Hai kết quả mới cùng chạm tới một câu hỏi lớn: những thiên hà đầu tiên đã làm thay đổi khí xung quanh như thế nào? Kính thiên văn James Webb (JWST) quan sát khí chứa nguyên tố nặng đang chuyển động ra ngoài ở ba thiên hà xa xôi. Còn khảo sát TEMPOS của Hubble tìm hiểu gió từ các sao khối lượng lớn trong những thiên hà lùn nghèo kim loại ở gần chúng ta. Đó là hai phép đo ở hai quy mô khác nhau: các sao gần là đối tượng để so sánh với thời vũ trụ sơ khai, không phải chính những ngôi sao đầu tiên.45

JWST nhìn thấy điều gì ở ba thiên hà xa xôi?

Trong ba thiên hà thuộc khảo sát SPURS, có độ dịch chuyển đỏ 7,2–9,3, phổ hấp thụ tử ngoại cho thấy các nguyên tố nặng ở nhiều trạng thái ion hóa. Những vạch hấp thụ này bị dịch chuyển về phía xanh so với thiên hà chủ, phù hợp với cách hiểu rằng khí chứa kim loại đang chuyển động ra ngoài theo hướng nhìn của chúng ta. Trong thiên văn học, “kim loại” là cách gọi các nguyên tố nặng hơn heli, không chỉ những chất thường được gọi là kim loại trong đời sống.

Đây là bằng chứng về dòng khí thoát ra từ rất sớm, chưa phải bằng chứng rằng khí đã bay tới khoảng không giữa các thiên hà. Phép đo hấp thụ chưa cho biết vật chất đi được bao xa hoặc cuối cùng dừng lại ở đâu.

Điều đó quan trọng đối với cuộc tìm kiếm sao Thế hệ III — những ngôi sao được cho là hình thành từ khí gần như không có nguyên tố nặng. Nếu dòng khí làm giàu kim loại tới được các vùng tạo sao lân cận, nơi còn khí nguyên sơ có thể bị thu hẹp. Nhưng ba trường hợp SPURS không chứng minh quá trình làm giàu diễn ra khắp nơi; những túi khí chưa nhiễm kim loại vẫn có thể tồn tại ở chỗ khác.13

Hubble phát hiện gió sao yếu đến mức nào?

TEMPOS dùng quan sát tử ngoại của Hubble để nghiên cứu 29 sao khối lượng lớn trong sáu thiên hà lùn nghèo kim loại gần chúng ta. Khảo sát ghi nhận gió sao yếu bất ngờ. Đặc biệt, dưới ngưỡng hàm lượng nguyên tố nặng khoảng một phần mười so với Mặt Trời, dữ liệu gợi ý sức gió có thể không còn tuân theo phép ngoại suy đều đặn từ các sao giàu kim loại hơn. Đây vẫn là dấu hiệu bước đầu, chưa phải quy luật đã được xác lập.4510

Về cơ chế, các ion của nguyên tố nặng giúp truyền động lượng từ bức xạ sang lớp khí bên ngoài sao, đẩy khí đi và tạo thành gió sao. Nếu gió yếu hơn, ngôi sao có thể mất ít vật chất hơn trong suốt cuộc đời.3 Tuy nhiên, một nghiên cứu trước đó trên 11 sao loại O ở môi trường nghèo kim loại cũng thấy gió rất yếu, nhưng kết quả vẫn phù hợp với xu hướng ngoại suy về động lượng gió. Vì thế, cần đối chiếu kỹ mẫu sao và phương pháp mô hình hóa trước khi kết luận có sự thay đổi quy luật.15

Mô hình thiên hà đầu tiên cần kiểm tra lại điều gì?

Nếu xu hướng TEMPOS được xác nhận trên nhiều sao hơn, các sao khối lượng lớn có thể giữ lại nhiều vật chất hơn trước khi kết thúc vòng đời. Khi ấy, mô hình về các vụ nổ cuối đời, phần lõi đặc còn sót lại, cũng như cách sao trả năng lượng và vật chất về nguồn khí tạo nên những thế hệ sao sau sẽ cần được xem xét lại.34

TEMPOS không quan sát trực tiếp cái chết của những ngôi sao ấy; SPURS cũng chưa xác định cơ chế nào đã đẩy khí ra khỏi ba thiên hà. Bước tiếp theo là thu thêm phổ và cải thiện mô hình gió sao, đồng thời dùng JWST quan sát sâu hơn những đối tượng ứng viên có hàm lượng kim loại cực thấp và theo dõi khí ở các thiên hà sơ khai để biết các nguyên tố nặng cuối cùng đã đi đâu.51013