Với kính viễn vọng Không gian tia Gamma Fermi, các nhà thiên văn đang nỗ lực quan sát các ẩn tinh. Trong hai nghiên cứu đã được công bố trên Science Express ngày 2 tháng 7 vừa qua, nhóm nghiên cứu quốc tế đã phân tích các tia gamma từ hơn hai chục ẩn tinh, bao gồm 16 ẩn tinh được phát hiện bởi kính viễn vọng Fermi. Fermi là tàu vũ trụ đầu tiên có khả năng nhận diện các ẩn tinh với việc phát ra các tia gamma.
Ẩn tinh là một lõi từ hóa quay với tốc độ cực nhanh bị bỏ lại khi một ngôi sao kích thước lớn phát nổ. Hầu như tất cả 1.800 ẩn tinh được ghi nhận tới nay đều được tìm thấy khi đang phát ra sóng vô tuyến theo chu kì. Các nhà thiên văn tin tưởng rằng những đợt xung này được tạo ra bởi các sóng vô tuyến hẹp, tương tự như ở đèn hải đăng, phát ra từ hai cực từ tính của ẩn tinh.
“Tàu Fermi có khả năng chưa từng thấy về thăm dò và khảo sát các ẩn tinh tia gamma,” Paul Ray, cán bộ thuộc Phòng thí nghiệm Nghiên cứu Hải quân Washington phát biểu. “Từ những gì thu được tại đài quan sát tia gamma Compton một thập kỉ trước, chúng tôi luôn đặt câu hỏi về bản chất của nguồn phát ra tia gamma chưa xác định được phát hiện trong dải Ngân Hà. Những khảo sát do Fermi tiến hành lần này đã làm sáng tỏ rất nhiều điều.”
Ẩn tinh Vela có tốc độ quay 11 vòng/giây, là nguồn tia gamma liên tục sáng nhất trên bầu trời. Tuy nhiên, tia gamma, dạng ánh sáng giàu năng lượng nhất, lại rất hiếm và rất thưa. Trong hai phút, ngay cả Kính viễn vọng diện rộng trên tàu Fermi cũng chỉ nhìn thấy một photon tia gamma phát ra từ ẩn tinh Vela.
Ẩn tinh Vela với tốc độ quay 11 vòng mỗi giây, là nguồn tia gamma liên tục sáng nhất trên bầu trời. (Ảnh: NASA/DOE/Fermi LAT Collaboration)
“Như vậy là một photon cho mỗi một ngàn vòng quay của Vela,” Marcus Ziegler, thành viên nhóm nghiên cứu phát biểu khi báo cáo về các ẩn tinh tại đại học California ở Santa Cruz. “Với những ẩn tinh mờ nhất trong nghiên cứu, chúng tôi thậm chí chỉ quan sát được hai photon tia gamma trong một ngày.”
Các kính viễn vọng vô tuyến trên Trái đất chỉ có thể dễ dàng phát hiện ra một ẩn tinh khi một trong những sóng vô tuyến hẹp của nó vô tình trùng với bước sóng của chúng ta. Nếu không, ẩn tinh đó sẽ không khi nào được phát hiện bởi thiết bị này.
Các sóng vô tuyến của một ẩn tinh đại diện cho một vài phần triệu năng lượng ẩn tinh, trong khi tia gamma chiếm tới 10% hoặc hơn tổng năng lượng. Tuy nhiên, ẩn tinh có khả năng tăng tốc các hạt gần tới vận tốc ánh sáng. Những hạt này phát ra sóng tia gamma rộng khi chúng tạo nên một cung lửa điện dọc theo đường cong từ trường.
Các ẩn tinh mới được phát hiện trong một phần nghiên cứu chuyên sâu về sự dao động tia gamma theo chu kỳ, với việc sử dụng dữ liệu của Kính thiên văn diện rộng Fermi và các kỹ thuật điện toán mới. “Trước khi phóng, tàu vũ trụ Fermi được một số nhà khoa học dự báo sẽ khám phá ra nhiều ẩn tinh mới,” Ziegler nói thêm. “Phát hiện ra 16 ẩn tinh trong 5 tháng đầu tiên hoạt động thực sự vượt quá sự mong chờ của chúng tôi.”
Giống như một đỉnh đang quay tròn, ẩn tinh sẽ chậm lại khi bị mất năng lượng. Cuối cùng, chúng di chuyển rất chậm đến nỗi không thể phát ra các tia đặc trưng và chúng ta không quan sát chúng được nữa.
Nhưng nếu nối một ẩn tinh không hoạt động với một ngôi sao thông thường, thì dòng vật chất từ ngôi sao có thể lan sang ẩn tinh và làm tăng số vòng quay của nó. Ở các thời điểm khi số vòng quay nằm trong khoảng từ 100 tới 1.000 lần mỗi giây, các ẩn tinh cổ có thể hồi phục lại hoạt động như khi nó còn trẻ.
Trong nghiên cứu thứ hai, nhóm khoa học gia tàu Fermi đã kiểm tra các tia gamma phát ra từ 8 ẩn tinh “hồi sinh”, tất cả số này trước đó đều đã được phát hiện ra ở bước sóng vô tuyến.
“Trước khi tàu Fermi được phóng đi, người ta chưa rõ các ẩn tinh với vòng quay một phần nghìn giây có phát ra tia gamma hay không,” Lucas Guillemot thuộc Trung tâm Nghiên cứu Hạt nhân ở Gradignan, Pháp, cho biết. “Giờ đây chúng tôi biết rằng chúng có làm điều đó. Chúng tôi cũng biết rằng, mặc dù có sự khác biệt, nhưng ẩn tinh thông thường và ẩn tinh một phần nghìn giây có cơ chế phát tia gamma tương tự nhau.”
Kính viễn vọng Không gian tia gamma Fermi của NASA là sự kết hợp giữa vật lý hạt và vật lý thiên thể, được phát triển nhờ sự cộng tác của Bộ Năng lượng Hoa Kỳ, cùng những đóng góp quan trọng từ các viện hàn lâm và đối tác đến từ Pháp, Đức, Italy, Nhật Bản, Thụy Sỹ và Hoa Kỳ.