Bùng nổ tia gamma: Dấu hiệu khởi đầu một hố đen mới trong vũ trụ?

  •  
  • 587

Một vụ nổ tia gamma luôn đi kèm với một sự kiện ngoạn mục, nhưng thường chỉ tồn tại trong một thời gian ngắn rồi biến mất.

Cách đây rất lâu trong vũ trụ đã có một nguyên mẫu sao proton ra đời. Điều này được báo trước bởi một vụ nổ tia gamma (GRB), tiếp theo là một vụ nổ xả kỳ lạ. Các nhà thiên văn học từng cho rằng những GRB như vậy xảy ra do sự ra đời của một hố đen. Tuy nhiên, theo các quan sát của các nhà thiên văn học ở Anh về vật thể mới này thì có nhiều cách gây ra GRB, và cũng có nhiều loại GRB khác nhau.

 Hình minh họa một vụ nổ tia gamma với năng lượng của một ngôi sao neutron.
Hình minh họa một vụ nổ tia gamma với năng lượng của một ngôi sao neutron. Các luồng năng lượng phụt ra từ sự kiện này. (Ảnh: Nuria Jordana-Mitjans).

Nhóm các nhà khoa học do Tiến sỹ Nuria Jordana-Mitjans ở Trường đại học Bath, Anh, phụ trách đã nghiên cứu một loạt các bức xạ điện từ phát ra từ một vật thể có tên GRB 180618A.

Nó nằm ở vùng ngoại vi một thiên hà cách chúng ta khoảng năm tỷ năm ánh sáng, đã phát ra một GRB trong thời gian ngắn, sau đó là các đợt phát xạ liên tiếp đồng thời triệt tiêu cũng rất nhanh.

Toàn bộ quá trình này sinh ra từ sự va chạm của hai ngôi sao neutron. Tuy nhiên, thay vì hợp nhất để tạo nên một hố đen, chúng đã hình thành nên một thứ hoàn toàn mới. Đó là tàn dư của sao neutron, tàn dư này chính là một ngôi sao siêu lớn còn được gọi là sao proton.

Tiến sỹ Jordana-Mitjans nói "đây là lần đầu tiên các quan sát của chúng tôi nhận được rõ ràng những tín hiệu từ một ngôi sao neutron còn sống sót được ít nhất 1 ngày sau khi sao đôi neutron ban đầu chết đi".

Hậu kỳ một vụ nổ tia gamma

Hình minh họa các sao neutron đang va chạm.
Hình minh họa các sao neutron đang va chạm. (Ảnh: Robin Dienel/ Viện Khoa học Carnegie).

Một vụ nổ tia gamma luôn đi kèm với một sự kiện ngoạn mục, nhưng thường chỉ tồn tại trong một thời gian ngắn rồi biến mất. Vì thế các nhà thiên văn học đang chạy đua với thời gian để tập trung quan sát và thu thập thông tin của vụ nổ và ghi lại hình ảnh chói lòa trước khi nó biến mất.

Tất cả những kết quả này đều là đầu mối cho biết nguyên nhân gây ra GRB ngay từ đầu. Trong trường hợp của GRB 180618A, quan sát cho thấy những đầu mối vô cùng giá trị.

Hoạt động cơ học và hậu kỳ của vụ nổ tia gamma này rất thú vị. Bắt đầu là hai ngôi sao neutron tiền thân cực kỳ dày đặc quấn lấy nhau và xoay tròn ngày càng gần nhau hơn. Cuối cùng chúng va vào nhau và vụ nổ bùng lên.

Nhưng chỉ vài tích tắc ngay trước khi xảy ra va chạm, sóng hấp dẫn đã tỏa ra rất nhanh. Khi vụ va chạm xảy ra cũng là lúc GRB được kích hoạt. Sau khi hai ngôi sao hợp nhất thì tàn dư còn lại là một sao neutron sơ sinh quay cực kỳ nhanh.

Bức xạ của nó cung cấp năng lượng cho một tinh vân nóng đang mở rộng rất nhanh ra xung quanh vị trí hai ngôi sao ban đầu nhập làm một.

Sự ra đời của tàn dư sao neutron siêu lớn này đã mở ra một lĩnh vực nghiên cứu hoàn toàn mới về các vụ nổ tia gamma tiền thân. Tiến sỹ Jordana-Mitjans cho biết những phát hiện như vậy rất quan trọng vì chúng khẳng định những sao neutron sơ sinh có thể cung cấp năng lượng cho một số GRB trong thời gian rất ngắn và phát quang trên phổ điện từ đi kèm.

Giải mã sự kiện đã xảy ra

 Hình minh họa một ngôi sao neutron nhiễm từ cực mạnh.
Hình minh họa một ngôi sao neutron nhiễm từ cực mạnh. (Ảnh: Carl Knox/OzGrav).

Những GRB xảy ra trong thời gian ngắn như thế này rất thú vị nhưng chúng ta chưa hiểu mấy về chúng. Thông thường, những sự kiện này xảy ra khi hai ngôi sao neutron va chạm với nhau và tạo ra một vụ nổ giải phóng một lượng bức xạ gamma cực lớn và những gì còn sót lại thường chỉ là một số loại mảnh vụn vỡ.

Những gì phát ra từ GRB 180618A cho thấy vụ sáp nhập này lại sinh ra một sao proton cực lớn. Và các hoạt động xảy ra tiếp theo không hề giống với trường hợp của hầu hết GRB khác. Điều chắc chắn là nó gây ra một luồng sáng chói lòa và biến mất chỉ sau 35 phút. Quãng thời gian như vậy khá là ngắn ngủi so với một số luồng sáng của các GRB khác kéo dài nhiều ngày thậm chí nhiều tuần.

Nhóm nghiên cứu đã phân tích dữ liệu sâu hơn và phát hiện ra rằng vật chất phát ra luồng sáng tiếp tục giãn nở với tốc độ gần bằng tốc độ ánh sáng. Khi nở ra, nó nguội đi. Điều này giải thích cho việc vì sao nó không tồn tại lâu. Nhưng một câu hỏi khác lớn hơn được đặt ra là cái gì đã đẩy luồng sáng này tỏa ra? Đó chính là ngôi sao neutron. Ngôi sao này đã làm nóng vật chất của tàn dư sinh ra sau vụ va chạm.

Tiếp theo là gì?

Khi nghiên cứu GRB, điều quan trọng là phải phát hiện ra nó càng nhanh càng tốt. Đây là cách duy nhất để tìm ra nguyên nhân. Ánh chớp phát ra từ GRB cực kỳ nhanh nên các nhà thiên văn học cũng phải hành động rất nhanh để thu thập được đủ dữ liệu. Và nhận định mà các nhà khoa học đưa ra là mọi thứ có thể xảy ra chỉ trong vài giây hoặc vài phút. Một khi xác định được vị trí của vụ nổ, các kính viễn vọng có thể tập trung vào tìm kiếm thêm các tín hiệu khác bổ trợ.

Rất may là nhóm nghiên cứu GRB 180618A đã quan sát được hậu kỳ giai đoạn giữa của luồng sáng GRB. Họ thu thập dữ liệu từ Đài quan sát Swift Neil Gehrels vào thời điểm gần như hoàn hảo.

Giáo sư Carole Mundell của Trường đại học Bath, đồng tác giả của nghiên cứu chia sẻ: "chúng tôi rất phấn khích khi bắt được ánh sáng quang học ngay từ ban đầu khi xảy ra vụ nổ tia gamma này. Một sự kiện như vậy đến nay vẫn gần như không thể thực hiện được nếu không có kính viễn vọng robot".

Nhưng khi phân tích dữ liệu thu được, chúng tôi vô cùng ngạc nhiên thấy rằng không thể giải thích hiện tượng này bằng mô hình GRB hình thành hố đen như thông thường vẫn thấy.

Khám phá này đem đến một hy vọng mới cho những cuộc khảo sát không gian sắp tới bằng kính viễn vọng, và có thể chúng ta sẽ tìm được tín hiệu từ hàng trăm nghìn ngôi sao neutron "sống lâu" như vậy trước khi chúng tan rã và trở thành các hố đen.

Cập nhật: 19/11/2022 Dân Trí
  • 587

Theo dõi cộng đồng KhoaHoc.tv trên facebook