Đi tìm ngôi sao lớn nhất trong vũ trụ: Vua các vì sao

Khi nhắc đến sự vĩ đại, chúng ta thường đem Mặt trời ra so sánh. Điều này cũng không có gì là lạ vì Mặt trời là vật thể lớn nhất gần chúng ta với kích thước bằng 1 triệu lần so với Trái đất. Nhờ khối lượng khổng lồ đó, Mặt trời có lõi phản ứng nhiệt hạch để trở thành ngôi sao duy nhất cung cấp năng lượng cho Trái đất. Toàn bộ sự sống trên Trái đất đều do Mặt trời nuôi dưỡng nên Mặt trời là tất cả của nhân loại. Nhưng ở quy mô vũ trụ, hay chỉ quy mô ở Thiên hà thôi thì Mặt trời cũng chỉ là hạt cát nhỏ bé. Mặt trời có thể bị nuốt chửng bởi khoảng một nửa số ngôi sao được quan sát cho đến nay.

Hoàng đế UY Scuti

Ngôi sao lớn nhất trong vũ trụ mà chúng ta biết cho đến nay là UY Scuti. Đó là một ngôi sao siêu khổng lồ có thể có bán kính lớn hơn khoảng 1.700 lần so với bán kính của mặt trời. Nói một cách dễ hiểu, kích thước của gần 5 tỉ mặt trời có thể nằm gọn bên trong một quả cầu có kích thước bằng UY Scuti.

Năm 1860, các nhà thiên văn học người Đức tại Đài thiên văn Bonn lần đầu tiên xếp UY Scuti vào danh mục sao và đặt tên khai sinh cho nó khi đó là BD -12 5055. Trong lần quan sát thứ hai, các nhà thiên văn học nhận ra rằng nó phát sáng hơn rồi mờ hơn trong khoảng thời gian 740 ngày, dẫn đến việc nó được phân loại là một ngôi sao biến quang.

Ngôi sao này có vị trí nằm gần trung tâm dải Ngân hà chúng ta, cách Trái đất khoảng 9.500 năm ánh sáng. Nằm trong chòm sao Scutum, UY Scuti là một ngôi sao Đại siêu khổng lồ (Hypergiants). Đại siêu khổng lồ — lớn hơn siêu khổng lồ (Supergiants) và khổng lồ (Giants) — là những ngôi sao hiếm hoi tỏa sáng rực rỡ. Chúng thường không sống lâu do tốc độ đốt khối lượng rất nhanh.

Tuy nhiên, tất cả các kích thước sao là ước tính. Nhà thiên văn học Jillian Scudder của Đại học Sussex đã viết: "Sự phức tạp với các ngôi sao là chúng có các cạnh khuếch tán. Hầu hết các ngôi sao không có ranh giới rõ ràng, nơi phân chia giữa chất khí của sao và chân không trong không gian. Ranh giới đó sẽ đóng vai trò là đường phân chia để có thể xác định kích thước sao".

Thay vào đó, các nhà thiên văn học dựa vào quang quyển của một ngôi sao để xác định kích thước của nó. Quang quyển là nơi ngôi sao trở nên trong suốt với ánh sáng và các hạt ánh sáng, hay photon, có thể thoát ra khỏi ngôi sao. Scudder nêu định nghĩa: “Đối với một nhà vật lý thiên văn, đây là bề mặt của ngôi sao, vì đây là điểm mà các photon có thể rời khỏi ngôi sao”.

Nếu UY Scuti thay thế mặt trời ở trung tâm của hệ mặt trời, quang quyển của nó sẽ vượt ra ngoài quỹ đạo của sao Mộc (5 lần khoảng cách giữa Trái đất và Mặt trời). Tinh vân khí thoát ra từ ngôi sao vượt xa quỹ đạo của sao Diêm vương, vốn xa gấp 400 lần khoảng cách giữa Trái đất và Mặt trời.

Bán kính lớn của UY Scuti không làm cho nó trở thành ngôi sao lớn nhất hoặc nặng nhất. Vinh dự đó thuộc về R136a1, dù chỉ nặng gấp khoảng 300 lần khối lượng mặt trời nhưng bán kính lại lớn khoảng 30 mặt trời. Trong khi đó, UY Scuti chỉ nặng hơn khoảng 30 lần khối lượng mặt trời, nhưng có kích thước lớn hơn nhiều.

So sánh kích thước vẫn còn phức tạp hơn vì UY Scuti luôn biến thiên. Nhà thiên văn Scudder chỉ ra rằng ngôi sao này thay đổi độ sáng khi nó thay đổi bán kính. Và phép đo chúng ta hiện có chỉ ra sai số của UY Scuti khoảng 192 bán kính mặt trời. Mỗi biến thể hoặc biên độ sai số có thể cho phép các ngôi sao khác đánh bại UY Scuti trong cuộc đua về kích thước. Trên thực tế, có tới 30 ngôi sao có bán kính gần bằng hoặc vượt qua kích thước ước tính nhỏ nhất của UY Scuti. Do vậy ngôi sao khổng lồ này không hẳn ngồi an toàn trên ngai vàng dành cho "hoàng đế của các ngôi sao".

Ngôi sao nào là vua của các ngôi sao?

Vậy ngôi sao nào sẽ thay thế UY Scuti nếu kích thước của nó được đánh giá lại? Dưới đây là một số ứng cử viên có thể lấy vương miện từ người khổng lồ có bán kính hiện được ước tính lớn bằng 1.700 lần bán kính của Mặt trời:

WOH G64 từng được cho là có kích thước khổng lồ gấp 3.000 lần kích thước của mặt trời. Thay vào đó, các phép đo mới hơn đăng trên Tạp chí Thiên văn học năm 2009 cho thấy bán kính của nó lớn hơn khoảng 1.504 mặt trời. WOH G64 là một ngôi sao siêu khổng lồ màu đỏ trong Đám mây Magellan Lớn, là một thiên hà vệ tinh của dải Ngân hà chúngta. Giống như UY Scuti, WOH G64 có độ sáng biến thiên vô thường.

Theo NASA, một ứng cử viên khác là Westerlund 1-26, có kích thước lớn gấp hơn 1.500 lần Mặt trời.

Theo một bài báo năm 2012 trên tạp chí Thiên văn học và Vật lý thiên văn, NML Cygni có kích thước bằng 1.639 lần Mặt trời.

Theo một bài báo năm 2020 trên tạp chí Vật lý thiên văn của các thiên hà, KY Cygni có kích thước bằng 1.033 lần Mặt trời.

Trong một bài báo năm 2012 trên tạp chí Solar and Stella, VY Canis Majoris được đo có bán kính gấp khoảng 1.420 lần so với bán kính của Mặt trời.

Ngôi sao siêu khổng lồ màu đỏ có tên Astrophysics từng được ước tính có kích thước lớn gấp 1.800 đến 2.200 lần so với Mặt trời, nhưng các phép đo mới đã thu nhỏ kích thước của nó. Tuy nhiên, một số nguồn vẫn liệt kê Astrophysics là ngôi sao lớn nhất.