Hiện tượng 'siêu tân tinh thất bại' đã xóa sổ một ngôi sao khỏi bầu trời đêm – theo đúng nghĩa đen

Ngôi sao mang tên M31-2014-DS1, có khối lượng gấp 20 lần mặt trời và cách Trái Đất 2,5 triệu năm ánh sáng, tọa lạc tại dải ngân hà láng giềng Andromeda. Ngôi sao này từng phát sáng rực rỡ vào năm 2014 nhưng dần mờ nhạt từ năm 2016 cho đến khi hoàn toàn biến mất vào năm 2023, trở nên không thể phát hiện qua các kính thiên văn.

Thông thường, những ngôi sao lớn như vậy khi sụp đổ sẽ tạo ra một vụ nổ ánh sáng mạnh mẽ, còn gọi là siêu tân tinh. Tuy nhiên, không có dấu hiệu nào về một vụ nổ quang học tại vị trí của M31-2014-DS1, khiến các nhà khoa học suy đoán rằng họ vừa chứng kiến một trong những ví dụ đầu tiên về một dạng sụp đổ sao chưa từng được xác nhận – "siêu tân tinh thất bại."

Trong bài nghiên cứu được công bố trên trang arXiv vào ngày 18 tháng 10, các nhà nghiên cứu cho biết việc biến mất đột ngột và hoàn toàn của M31-2014-DS1 là điều "vô cùng khác thường." Họ tin rằng ngôi sao này đã không thể phát ra một vụ nổ sáng chói như kỳ vọng, thay vào đó, phần lớn khối lượng của nó đã sụp đổ và biến thành một lỗ đen có khối lượng bằng khoảng 6,5 lần mặt trời.

Hành trình từ ngôi sao đến lỗ đen

Các ngôi sao đốt cháy nhiên liệu thông qua phản ứng tổng hợp hạt nhân, biến hydro thành heli và tỏa ra năng lượng từ lõi của chúng. Khi cạn kiệt nhiên liệu hydro, các ngôi sao này tiếp tục tổng hợp các nguyên tố nặng hơn cho đến khi lõi bị chèn ép bởi sắt - một nguyên tố không thể phản ứng. Tại thời điểm này, quá trình tổng hợp bị chậm lại, khiến lực đẩy ra ngoài mất dần và ngôi sao nhanh chóng sụp đổ vào bên trong.

Đối với những ngôi sao có khối lượng lớn gấp tám lần mặt trời trở lên, các lớp ngoài sẽ bật lại khỏi lõi sắt, dẫn đến một vụ nổ siêu tân tinh khổng lồ và để lại một lỗ đen hoặc sao neutron. Tuy nhiên, không phải tất cả những ngôi sao khổng lồ sụp đổ đều tạo ra siêu tân tinh. Một số nghiên cứu gần đây cho thấy một số ngôi sao lớn có thể biến thành lỗ đen mà không tạo ra vụ nổ nào – một hiện tượng gọi là siêu tân tinh thất bại. Tuy nhiên, việc theo dõi những ngôi sao biến mất trong vũ trụ mênh mông là vô cùng khó khăn, vì vậy việc quan sát trực tiếp hiện tượng này rất hiếm.

Nhóm nghiên cứu đã sử dụng dữ liệu từ kính thiên văn NEOWISE – một kính thiên văn vũ trụ với nhiệm vụ chính là khảo sát các vật thể gần Trái Đất và các thiên hà xa xôi. Họ đã phát hiện M31-2014-DS1 dần mờ nhạt từ năm 2016 đến năm 2019 và hoàn toàn biến mất trong các quan sát năm 2023. Không có dấu hiệu của siêu tân tinh nào xuất hiện, nhóm nghiên cứu đi đến kết luận rằng 98% khối lượng của ngôi sao đã sụp đổ, chỉ để lại một lỗ đen với khối lượng khoảng 6,5 lần mặt trời.

So sánh với hiện tượng tương tự duy nhất từng được ghi nhận trước đó - ngôi sao N6946-BH1 ở thiên hà "Pháo hoa" NGC 6946 cách chúng ta 22 triệu năm ánh sáng, nhóm nghiên cứu hy vọng sẽ thực hiện thêm các quan sát bằng tia X để xác nhận sự hiện diện của lỗ đen và đánh giá kỹ hơn về hiện tượng siêu tân tinh thất bại này.