Những ngôi sao trẻ nhất quan sát được khoảng 1 triệu tuổi, trong khi sao già nhất thậm chí có thể già hơn cả vũ trụ.
Trong số vô số ngôi sao lấp lánh ngoài không gian rộng lớn, một số già đến mức đã trải qua buổi bình minh của vũ trụ, một số lại trẻ đến mức những kính viễn vọng mạnh nhất trên Trái đất cũng chưa thể quan sát được. Vậy đâu là ngôi sao trẻ nhất và già nhất vũ trụ?
Kính viễn vọng Schmidt của Đài thiên văn Anh - Australia (AAO) chụp ảnh sao Methuselah dưới ánh sáng xanh. (Ảnh: Khảo sát Bầu trời Kỹ thuật số (DSS)/STScI/AURA/Palomar/Caltech/UKSTU/AAO)
Rất khó xác định ngôi sao trẻ nhất vì các ngôi sao liên tục sinh ra. Tuy nhiên, các nhà khoa học có thể kể tên một số ứng cử viên trong số những ngôi sao đã biết. Trong khi đó, ngôi sao già nhất từng ghi nhận được đặt tên là Methuselah.
Sao hình thành sâu bên trong những đám mây khí bụi khổng lồ gọi là tinh vân. Theo NASA, một số khối khí trong tinh vân bị vật chất đè nặng đến mức lực hấp dẫn của chính chúng buộc chúng sụp đổ (vì khối lượng lớn đồng nghĩa với lực hấp dẫn lớn). Lực hấp dẫn lớn ở trung tâm của một khối khí đang sụp đổ khiến khí (chủ yếu là hydro) bồi tụ thành tiền sao (protostar). Những phôi sao này bắt đầu tổng hợp hạt nhân hydro thành heli và phát ra bức xạ. Chúng chưa được gọi là sao cho đến khi tỏa ra năng lượng và phát sáng.
Nhà thiên văn Ruobing Dong, phó giáo sư tại Khoa Vật lý và Thiên văn thuộc Đại học Victoria (Canada), đã quan sát những ngôi sao trẻ như vậy. Ông cùng các cộng sự công bố một nghiên cứu trên tạp chí Nature Astronomy năm 2022 về một hệ tiền sao đôi được cho là chỉ khoảng một triệu tuổi.
Các ngôi sao trẻ vẫn đang bồi tụ vật chất, do đó, chúng phóng ra những luồng khí khổng lồ từ một trong hai đầu. Điều này đồng nghĩa chúng vẫn đang bồi đắp khối lượng. Vì các luồng khí mờ dần khi sao già đi, lượng khí phóng ra giúp giới khoa học ước tính tuổi của một ngôi sao. Nhiều khí hơn nghĩa là ngôi sao đó trẻ hơn.
Mặt trời khoảng 5 tỷ tuổi và dự kiến sống thêm 5 tỷ năm nữa. (Ảnh: NASA/Goddard)
Việc ước tính tuổi của sao HD 140283 hay Methuselah gây ra một số tranh cãi. Ước tính ban đầu từ những quan sát năm 2000 cho thấy nó khoảng 16 tỷ tuổi, theo NASA. Điều đó khiến nó già hơn vũ trụ với tuổi ước tính là 13,8 tỷ. Các nhà thiên văn lập tức cho rằng đã có sai sót trong cách tính tuổi của ngôi sao này, hoặc vũ trụ có thể hình thành sớm hơn rất nhiều so với suy nghĩ trước đây.
Để tìm hiểu sâu hơn, các nhà thiên văn sử dụng kính viễn vọng không gian Hubble để xác định lại tuổi của Methuselah vào năm 2013. Họ đưa ra ước tính là 14,5 tỷ tuổi dựa vào độ sáng và khoảng cách của nó với Trái đất - khoảng 190 năm ánh sáng. Nếu vậy, ngôi sao này sẽ chỉ già hơn vũ trụ một chút, dù vẫn có những sai số về tuổi ước tính.
Methuselah là sao gần khổng lồ, nghĩa là sáng hơn đa số sao nhưng vẫn không bằng sao khổng lồ. Sao khổng lồ lớn đến mức kích thước của chúng có vẻ bất thường so với khối lượng và nhiệt độ. Sao gần khổng lồ cũng đỏ hơn sao khổng lồ.
Các ngôi sao giải phóng năng lượng bằng cách đốt cháy hydro trong lõi và chuyển thành heli thông qua phản ứng nhiệt hạch. Những ngôi sao khối lượng lớn đạt đến mức gần khổng lồ khi trữ lượng hydro bắt đầu cạn. Trong giai đoạn này, độ sáng của sao trở thành một phương tiện tuyệt vời để ước tính tuổi. Những ngôi sao gần khổng lồ mờ hơn thì sẽ già hơn.
Methuselah có sắc đỏ và dần mờ đi qua hàng tỷ năm, nhưng vị trí tương đối gần Trái đất đồng nghĩa nó không quá mờ với con người và có thể nhìn thấy bằng ống nhòm phù hợp. Trong khi đó, Mặt trời mới chỉ dưới 5 tỷ tuổi và dự kiến sống thêm khoảng 5 tỷ năm nữa, sau đó nguội đi và phình to đến mức nuốt chửng các hành tinh quay quanh, bao gồm cả Trái đất.