Thiên hà Milky Way xoắn ốc có thanh ngang hùng vĩ của chúng ta được bao quanh bởi hơn 150 cụm sao cầu cổ đại, mỗi cụm chứa hàng trăm nghìn ngôi sao lấp lánh được xếp chặt vào nhau và được giữ cố định bởi lực hấp dẫn. Các cụm sao hình cầu là tập hợp các ngôi sao hình cầu quay xung quanh lõi của các thiên hà chủ của chúng dưới dạng vệ tinh, và các ngôi sao sinh sống trong các cụm sao dày đặc này đã rất cũ. Thật vậy, chúng gần như cũ bằng chính Vũ trụ. Vào tháng 6 năm 2018, một nhóm các nhà vật lý thiên văn quốc tế thông báo rằng họ có thể đã giải đáp được một bí ẩn hấp dẫn đã khiến các nhà khoa học mê mẩn và hoang mang trong hơn nửa thế kỷ: tại sao các ngôi sao già lại biểu diễn vở ba lê bí ẩn của họ trong các cụm sao cầu làm bằng vật liệu khác từ những ngôi sao khác được tìm thấy trong Thiên hà của chúng ta? Mặc dù các cụm sao cầu lưu trữ một số ngôi sao cổ xưa nhất được sinh ra trong bất kỳ thiên hà nào, cả nguồn gốc và vai trò của chúng trong quá trình tiến hóa thiên hà vẫn chưa được hiểu rõ. Tuy nhiên, có vẻ như chúng được hình thành như một phần của quá trình hình thành sao xảy ra trong các thiên hà chủ của chúng, chứ không phải là các thiên hà riêng biệt. Người ta không biết liệu các ngôi sao sống trong các cụm này được sinh ra như một thế hệ duy nhất hay chúng được sinh ra như là thành viên của nhiều thế hệ sao trong vài trăm triệu năm. Tuy nhiên, vì trong nhiều cụm sao, hầu hết các ngôi sao đều ở cùng một giai đoạn tiến hóa sao, nên có vẻ như cho thấy rằng chúng đều được sinh ra vào cùng một thời điểm.
Kể từ những năm 1960, các nhà vật lý thiên văn liverpool vs ac milan đã hiểu rằng hầu hết các cư dân sao của những cụm sao tuyệt đẹp này không chứa các nguyên tố hóa học giống như các ngôi sao khác trong Dải Ngân hà của chúng ta – và những nguyên tố này không thể được tạo ra trong chính các ngôi sao. Điều này là do nhiệt độ cần thiết để tạo ra chúng cao hơn khoảng 10 lần so với nhiệt độ của những ngôi sao này.
Các nhà vật lý thiên văn từ Đại học Surrey ở Anh hiện đề xuất rằng các ngôi sao siêu khối lượng – có khối lượng lớn hơn hàng chục nghìn lần so với khối lượng Mặt trời của chúng ta – được sinh ra cùng lúc với các cụm sao cầu chủ của chúng. Vào thời điểm đó, các cụm sao tràn ngập khí dày đặc mà từ đó các ngôi sao con mới đang hình thành. Khi các tiền sao mới sinh ngày càng tập hợp nhiều khí hơn, chúng tiến gần nhau đến mức chúng va chạm vật lý và hợp nhất với nhau để tạo ra một ngôi sao siêu lớn do kết quả của một quá trình va chạm chạy trốn. Ngôi sao siêu lớn được sinh ra đủ nóng để tạo ra tất cả các nguyên tố nguyên tử quan sát được – và sau đó tiếp tục “gây ô nhiễm” cho các ngôi sao anh em của nó bằng các nguyên tố nguyên tử đặc biệt mà các nhà thiên văn quan sát được ngày nay.
Sao khổng lồ cổ đại
Sao siêu lớn là những ngôi sao có khối lượng gấp hơn 50 lần Mặt trời của chúng ta và những ngôi sao khổng lồ này đi theo những con đường rất khác với những ngôi sao nhỏ hơn khi chúng khởi hành từ chuỗi chính của Biểu đồ Tiến hóa Sao Hertzsprung-Russell (Biểu đồ H-R). Một ngôi sao dãy chính vượt quá 8 lần khối lượng Mặt Trời có khả năng hợp nhất các nguyên tố nguyên tử nặng hơn cacbon trong lõi nóng chảy của nó, dẫn đến việc ngôi sao lớn có số phận rất khác với số phận của họ sao nhỏ hơn của nó.
Trong thuật ngữ mà các nhà thiên văn học sử dụng, kim loại dùng để chỉ tất cả các nguyên tố nguyên tử nặng hơn heli. Chỉ có hydro, heli và dấu vết của lithium được tạo ra trong vụ nổ Big Bang của Vũ trụ cách đây 13,8 tỷ năm. Tất cả các kim loại nặng hơn đều được sản xuất bởi các vì sao.
Giống như tất cả các ngôi sao, các ngôi sao rất lớn khởi hành từ dãy chính đốt hydro khi chúng đã đốt cháy được nguồn cung cấp nhiên liệu hydro cần thiết trong lõi của chúng. Ngoài ra, các ngôi sao siêu lớn trải qua một vài sự kiện ban đầu tương tự như những sự kiện xảy ra với họ hàng khối lượng thấp hơn của chúng. Điều này có nghĩa là, lúc đầu, một ngôi sao lớn có một lớp vỏ hydro, sau đó là một lõi hợp nhất helium thành carbon. Sau đó, lõi nung chảy heli được bao bọc bởi lớp vỏ đốt cháy heli và hydro.
Đường đi mà một ngôi sao có khối lượng 8 mặt trời đi qua Biểu đồ H-R về cơ bản là một đường thẳng – nó chỉ ở cùng độ sáng khi nguội đi. Tuy nhiên, cuối cùng một ngôi sao có khối lượng 8 mặt trời bị chết trong một vụ nổ siêu tân tinh dữ dội và rực rỡ. Ngôi sao cực nặng, sau khi bị thổi bay thành nhiều mảnh, để lại một lỗ đen có khối lượng sao. Một loạt các kim loại nặng mà ngôi sao tiền thân khổng lồ đã quản lý để tạo ra, bằng quá trình tổng hợp hạt nhân của các ngôi sao, được ném ra ngoài không gian giữa các vì sao, nơi chúng có thể gặp lại một đám mây phân tử khổng lồ khác – giống như đám mây từng phục vụ như một cái nôi cho ngôi sao tiền thân khổng lồ đã chết. Tại thời điểm này, quá trình hình thành sao bắt đầu một lần nữa, với các kim loại được tạo ra bởi ngôi sao tiền thân đã chết được kết hợp thành những ngôi sao mới, sáng và bốc lửa.