γ Cas là ngôi sao có thể quan sát bằng mắt thường trong chòm sao Cassiopeia và từ lâu đã khiến giới thiên văn học bối rối vì phát ra tia X với năng lượng và nhiệt độ cao bất thường so với các ngôi sao khối lượng lớn thông thường. Các nghiên cứu mới nhất, dựa trên dữ liệu từ thiết bị Resolve trên kính thiên văn không gian XRISM của Nhật Bản, đã xác định nguồn gốc của hiện tượng này là một sao lùn trắng “ẩn mình” đang quay quanh và hút vật chất từ ngôi sao chính.

Nghiên cứu do nhóm khoa học tại Đại học Liège (Bỉ) dẫn đầu được công bố ngày 24/3 trên tạp chí Astronomy & Astrophysics. Kết quả không chỉ giải thích hiện tượng bí ẩn của γ Cas mà còn xác nhận sự tồn tại của một lớp hệ sao đôi từng được dự đoán về mặt lý thuyết nhưng chưa từng được quan sát rõ ràng trước đây.

γ Cassiopeiae cũng là ngôi sao đầu tiên thuộc loại Be — nhóm sao khối lượng lớn quay cực nhanh và thường xuyên phóng vật chất ra không gian, tạo thành một đĩa vật chất bao quanh. Từ năm 1976, các nhà khoa học phát hiện ngôi sao này phát ra tia X mạnh gấp khoảng 40 lần so với các sao tương tự. Plasma tạo ra bức xạ đạt nhiệt độ trên 100 triệu độ C và biến thiên nhanh, khiến nhiều giả thuyết được đưa ra để giải thích.

Trong nhiều năm, các nhà nghiên cứu tranh luận liệu tia X xuất phát từ tương tác từ trường giữa ngôi sao và đĩa vật chất của nó hay từ một thiên thể đồng hành như sao neutron hoặc sao lùn trắng. Các quan sát trước đó đã loại trừ khả năng là sao neutron hoặc ngôi sao bị tước lớp vỏ ngoài, nhưng vẫn thiếu bằng chứng quyết định.

Để làm rõ vấn đề, nhóm nghiên cứu tiến hành chiến dịch quan sát kéo dài, bao phủ toàn bộ chu kỳ quỹ đạo 203 ngày của hệ sao. Phân tích phổ tia X cho thấy vận tốc của plasma siêu nóng thay đổi theo chuyển động quỹ đạo của sao lùn trắng chứ không phải của sao Be. Đây được xem là bằng chứng trực tiếp đầu tiên cho thấy nguồn phát tia X thực sự gắn với thiên thể đồng hành nhỏ gọn này.

Dữ liệu cũng cho thấy sao lùn trắng có từ trường mạnh. Trong các hệ không có từ trường, vật chất sẽ xoáy vào với tốc độ rất cao, tạo tín hiệu phổ rộng hơn nhiều so với quan sát. Thay vào đó, từ trường đã cắt cụt đĩa vật chất và dẫn dòng vật chất rơi vào các cực của sao lùn trắng.

Theo nhóm nghiên cứu, các hệ sao kiểu γ Cas chiếm khoảng 10% số sao Be và chủ yếu liên quan đến những sao có khối lượng lớn. Tuy nhiên, con số này thấp hơn dự đoán của các mô hình lý thuyết, cho thấy cần điều chỉnh hiểu biết về quá trình trao đổi khối lượng và tiến hóa trong hệ sao đôi. Việc giải mã bí ẩn này được kỳ vọng sẽ góp phần làm sáng tỏ cơ chế hình thành sóng hấp dẫn — hiện tượng phát sinh khi các hệ sao đôi khối lượng lớn tiến đến giai đoạn cuối vòng đời.