XMM-Newton và các dấu hiệu quan sát trên các “nhà máy từ khổng lồ”

Dữ liệu tia X và tia gamma từ XMM-Newton (X-ray Multi-Mirror Mission - Newton: thiết bị quan sát quỹ đạo bằng tia X) của ESA (cơ quan không gian châu Âu) và toàn bộ các đài quan sát quỹ đạo được sử dụng lần đầu tiên để kiểm tra các tiến trình vật lý tạo nên các magnetar - một lớp các sao nơ-tron không điển hình, phát ra tia X.

Các sao nơ-tron là những dấu vết còn lại của các sao khổng lồ (gấp 10-50 lần khối lượng của mặt trời chúng ta) sau khi sụt lún vào tâm dưới tác dụng khối lượng cực lớn của chúng. Tạo nên bởi hầu như toàn bộ là các hạt nơ-tron, các sao đã chết này tập trung một khối lượng hơn nhiều của mặt trời chúng ta trong một quả cầu đường kính khoảng 20km.

Chúng cô đặc đến nỗi một muỗng trà chứa vật chất của sao nơ-tron cũng có khối lượng khoảng xấp xỉ 1 triệu tấn. Hai tính chất vật lý khác nhau mô tả đặc tính của một sao nơ-tron tốc độ quay nhanh và từ trường mạnh.

Các magnetar là một dạng của các sao nơ-tron với từ trường siêu mạnh. Vùng từ trường của chúng mạnh hơn 1000 lần so với các sao nơ-tron thông thường, chúng được biết đến như là những thỏi nam châm mạnh nhất trong vũ trụ.

Làm phép so sánh ta thấy sẽ cần 10 triệu triệu thanh nam châm thông thường để tạo nên một vùng từ trường lớn đến như vậy (một ví dụ là hầu hết các phương tiện dùng cho lưu trữ dữ liệu sẽ bị xoá ngay tức khắc nếu từ trường hơi yếu hơn 1 triệu triệu lần 1 ít).

Hơn thế, khoảng 15 magnetar được phát hiện cho đến nay thì 5 trong số chúng được biết đến như các máy phát tia gamma yếu (SGR-soft gamma repeater), bởi vì chúng phát ra các tiếng nổ lớn và ngắn (kéo dài 0,1 giây) của các tia gamma năng lượng thấp và các tia X cứng một cách rời rạc.

Còn lại, khoảng 10 là có mối liên hệ với các ẩn tinh phát tia X bất thường, hoặc là các AXP(anomalous X-ray pulsar). Mặc dù các SGR và AXP được biết đến lần đầu là các vật thể khác nhau, hiện nay chúng ta biết rằng chúng chia sẻ nhiều tính chất và hoạt động của chúng được giữ vững bởi các từ trường mạnh của chúng.

Các magnetar có sự khác bịêt so với các sao nơ-tron “thông thường” bởi vì từ trường phía bên trong của chúng được nghĩ là đủ mạnh để cuộn lấy phần vỏ của sao. Giống như một mạch được nuôi bởi pin khổng lồ, sự xoắn sinh ra các dòng trong dạng của các đám mây electron trôi xung quanh ngôi sao. Các dòng này tác động qua lại với sự phát xạ đến từ bề mặt của sao, sinh ra tia X .

Cho đến bây giờ, các nhà khoa học không thể kiểm tra các giả thuyết của họ. Bởi vì nó là bất khả thi để tạo ra một từ trường siêu mạnh trong các phòng thí nghiệm trên Trái Đất.

Để hiểu được hiện tượng kì lạ này, một đội được các nhà khoa học dưới sự lãnh đạo bởi tiến sĩ Nanda Rea tại đại học Amsterdam Hà Lan, đã sử dụng XMM-Newton và toàn bộ dữ liệu để nghiên cứu các đám mây điện tử dày đặc xung quanh tất cả các magnetar được biết đến, trong lần đầu tiên.

Đội của Rea đã tìm thấy dấu hiệu chứng tỏ rằng các dòng electron lớn đã thực sự tồn tại, và có thể đo được cường độ điện tử mạnh hơn gấp 1000 lần trong một ẩn tinh “thông thường”. Họ cũng tiến hành đo đạc vận tốc đặc trưng tại các dòng chảy electron.

Với nó, các nhà khoa học giờ đây đã có thể thiết lập mối liên hệ hiện tượng đã được quan sát với một tiến trình vật lý thực sự, một đầu mối quan trọng trong vấn đề khó khăn là hiểu được các vật thể trong vũ trụ.

Đội các nhà khoa học này đang nỗ lực để phát triển và kiểm tra nhiều hơn các mô hình chi tiết trên cùng một phương pháp, để có thể hiểu đầy đủ hoạt động của vật chất dưới ảnh hưởng của các từ trường mạnh.