Sao neutron cuối cùng đã lộ diện tại lõi vụ nổ siêu tân tinh nổi tiếng

Ngày 23.2.1987, SN 1987A trở thành vụ nổ siêu tân tinh sáng nhất từng truyền đến Trái đất trong gần 400 năm, và sau hơn 3 thập niên tìm kiếm, giới thiên văn học phát hiện sao neutron ở phần lõi của tàn tích nổi tiếng.

Mô phỏng sao neutron (phải) từ địa điểm xảy ra vụ nổ siêu tân tinh SN 1987A NASA / CHANDRA

Siêu tân tinh 1987A là tên chỉ vụ nổ một ngôi sao khổng lồ màu xanh ở thiên hà lùn láng giềng của Trái đất là Mây Magellanic Lớn (LMC), cách đây khoảng 164.000 năm ánh sáng.

Vào thời điểm đó, cộng đồng thiên văn học thế giới rúng động vì được trao cơ hội chưa từng có để quan sát một ngôi sao đang nổ tung trong thời gian thực bằng các thiết bị và kính viễn vọng hiện đại.

Tuy nhiên, các chuyên gia phát hiện có điều gì đó không đúng khi nghiên cứu tàn tích của ngôi sao ở thiên hà xa xôi. Sau khi ánh sáng của vụ nổ siêu tân tinh phai nhạt đi, họ kỳ vọng sẽ nhìn thấy một sao neutron ở lõi vụ nổ.

Trong đó, sao neutron là lõi sụp đổ của những ngôi sao khổng lồ, với khối lượng dao động từ gấp 10 đến 25 lần so với mặt trời.

Thế nhưng, không có thứ gì ở đó.

Suốt 34 năm qua, các nhà thiên văn học luôn tìm kiếm sao neutron mất tích, Nhiều giả thuyết được đặt ra, chẳng hạn, nó không đủ thời gian hình thành, hoặc có lẽ khối lượng của sao khổng lồ xanh không đủ lớn để tạo ra sao neutron, hoặc thay vì sao neutron, một hố đen đã xuất hiện thay thế.

May mắn là sự kiên trì của họ cuối cùng đã được đền bù, theo Tiến sĩ Emanuele Greco đang công tác tại Đại học Palermo (Ý).

Với dữ liệu mới do hai kính viễn vọng không gian của NASA là Chandra và NuSTAR truyền về, Tiến sĩ Greco và đồng sự bắt được các tín hiệu cho thấy dường như sao neutron đã xuất hiện ở vị trí luôn kỳ vọng.

Thậm chí hơn thế, dạng sao neutron mà họ đang quan sát có lẽ là sao xung hay ẩn tinh (pulsar), với đặc điểm xoay rất nhanh và vô cùng khó quan sát.

Nếu thật sự là một ẩn tinh, đây sẽ là ẩn tinh trẻ nhất mà con người từng phát hiện trong lịch sử nghiên cứu vũ trụ, theo báo cáo trên chuyên san Astrophysical Journal Letters .

“Chúng ta có lẽ đã được trao cơ hội duy nhất trong đời để quan sát một ẩn tinh kể từ thời điểm tượng hình”, theo Tiến sĩ Salvatore Orland, nhà thiên văn học của Đài quan sát thiên văn Palermo (Ý).

Nguồn gốc vàng trong vũ trụ từ đâu?

Các nhà khoa học đã đề xuất những vụ va chạm hai sao neutron có thể đã lấp đầy Hệ Mặt trời của chúng ta bằng vàng, nhưng nghiên cứu mới đã đặt dấu hỏi về quan điểm này.

Vấn đề được giới nghiên cứu lâu nay vẫn tranh luận ở chỗ vàng là một nguyên tố, có nghĩa là không thể tạo ra nó thông qua các phản ứng hóa học thông thường.

Để tạo ra vàng, phải liên kết 79 proton và 118 neutron với nhau để tạo thành một hạt nhân nguyên tử. Đó là một phản ứng tổng hợp hạt nhân phức tạp. Nhưng sự hợp nhất mãnh liệt như vậy không xảy ra đủ thường xuyên để tạo ra một kho vàng khổng lồ mà chúng ta tìm thấy trên Trái đất và các nơi khác trong Hệ Mặt trời.

Trong một nghiên cứu mới, các nhà khoa học đã đề xuất một lý thuyết phổ biến nhất của vàng đó là kết quả sự va chạm giữa các sao neutron. Tuy nhiên, lý thuyết này cũng chưa thể giải thích được sự phong phú của vàng. Vậy vàng đến từ đâu?

Có một số khả năng khác được các nhà khoa học quan tâm bao gồm các siêu tân tinh cường độ cao. Thật không may, ngay cả những hiện tượng kỳ lạ như vậy cũng không thể giải thích được vũ trụ cục bộ nổ ra như thế nào.

Va chạm sao neutron được cho tạo ra vàng bằng cách đập nhanh các proton và neutron vào nhau thành hạt nhân nguyên tử, sau đó phun ra các hạt nhân nặng mới liên kết đó trong không gian.

Theo Chiaki Kobayashi, nhà vật lý thiên văn tại Đại học Hertfordshire, Vương quốc Anh, các siêu tân tinh thông thường không thể giải thích được nguồn gốc của rất nhiều vàng trong vũ trụ vì những ngôi sao đủ lớn để nung chảy vàng. Trong một siêu tân tinh thông thường, vàng đó bị hút vào lỗ đen.

"Vậy còn những siêu tân tinh sao lật? Loại vụ nổ sao này còn được gọi là siêu tân tinh quay từ tính, là một siêu tân tinh rất hiếm, quay rất nhanh", Kobayashi cho biết.

Trong quá trình siêu tân tinh quay từ tính, một ngôi sao sắp chết quay rất nhanh và bị bao bọc bởi từ trường mạnh đến nỗi nó tự quay bên trong khi phát nổ. Khi nó chết đi, ngôi sao bắn các tia vật chất nóng màu trắng vào không gian. Bởi vì ngôi sao đã bị quay từ trong ra ngoài, các phản lực của nó chứa đầy hạt nhân vàng. Những ngôi sao kết hợp vàng rất hiếm. Những ngôi sao nung chảy vàng sau đó phun ra không gian như thế lại càng hiếm hơn.

Nhưng ngay cả các ngôi sao neutron cộng với các siêu tân tinh quay từ tính cùng nhau cũng không thể giải thích được nguồn vàng của Trái đất.

"Có hai giai đoạn cho câu hỏi này. Một là các sao neutron sáp nhập không đủ. Thứ hai, ngay cả với nguồn thứ hai, chúng tôi vẫn không thể giải thích được lượng vàng quan sát được", Chiaki Kobayashi giải thích.

Các nghiên cứu trước đây đã đúng khi cho rằng các vụ va chạm sao neutron giải phóng một cơn mưa vàng. Nhưng những nghiên cứu đó không giải thích được sự hiếm hoi của những vụ va chạm đó. Thật khó để ước tính chính xác tần suất các sao neutron nhỏ vì bản thân chúng là tàn tích cực dày đặc của các siêu tân tinh cổ đại đập vào nhau. Nhưng nó chắc chắn không phổ biến lắm. Các nhà khoa học chỉ thấy nó xảy ra một lần.

Ian Roederer, một nhà vật lý thiên văn tại Đại học Michigan, cho biết: "Báo cáo nghiên cứu mới này không phải là lần đầu tiên cho rằng các vụ va chạm sao neutron không đủ để giải thích sự phong phú của vàng. Tuy nhiên, nghiên cứu đã có tham chiếu đến 341 ấn phẩm khác, nhiều gấp ba lần so với các bài báo điển hình trên Tạp chí Vật lý thiên văn ngày nay. Việc tập hợp tất cả dữ liệu đó lại với nhau theo một cách hữu ích tương đương với một nỗ lực tuyệt vời.

Sử dụng cách tiếp cận này, các tác giả có thể giải thích sự hình thành của các nguyên tử nhẹ như carbon-12 và nặng như uranium-238. Đó là một phạm vi ấn tượng bao gồm các yếu tố thường bị bỏ qua trong các loại nghiên cứu này.

Nhưng nguồn gốc của vàng vẫn là một bí ẩn. Kobayashi nói rằng có một thứ gì đó ngoài kia mà các nhà khoa học chưa biết chắc đang tạo ra vàng. Hoặc có thể các vụ va chạm của sao neutron tạo ra nhiều vàng hơn so với các mô hình hiện có cho thấy. Trong cả hai trường hợp, các nhà vật lý thiên văn vẫn còn rất nhiều việc phải làm trước khi họ có thể giải thích chính xác.