‘Vụ nổ hoàn hảo’ kinh ngạc trong vũ trụ bởi 2 sao neutron

Tạp chí Nature vừa công bố một nghiên cứu hôm 15/2 rằng một vụ nổ do 2 sao neutron va nhau, được gọi là vụ nổ kilomova, cách đây 140–150 triệu năm ánh sáng, đã có hình dạng trái với các quy luật vật lý mà chúng ta biết. Vụ nổ này mang hình dạng một quả cầu siêu khổng lồ, một “vụ nổ hoàn hảo”, khiến các nhà khoa học vô cùng kinh ngạc, theo Reuters đưa tin.

Vụ nổ hoàn hảo trong không gian, phys.org báo cáo 15/2:

“Bạn có hai ngôi sao siêu đặc quay quanh nhau 100 vòng mỗi giây trước khi sụp đổ. Theo trực giác của chúng tôi và theo tất cả các mô hình trước đây đều cho rằng đám mây vụ nổ do va chạm tạo ra phải có hình dạng dẹt và bất đối xứng,” theo Albert Sneppen, nhà nghiên cứu thiên văn ở trung tâm nghiên cứu Cosmic Dawn tại Copenhagen, người dẫn dắt công trình nghiên cứu này, và cũng là tác giả bài đăng trên tạp chí Nature.

Hai ngôi sao neutron, với tổng khối lượng gấp khoảng 2,7 lần khối lượng Mặt trời của chúng ta, đã quay quanh nhau hàng tỷ năm trước khi va chạm ở tốc độ cao và phát nổ. Điều này diễn ra trong một thiên hà có tên NGC 4993, cách Trái đất khoảng 140–150 triệu năm ánh sáng theo hướng của chòm sao Hydra. Một năm ánh sáng ở đây là nói khoảng cách ánh sáng đi được trong một năm, tức là 9.500 tỷ km. Không phải thời gian một năm trong một thời-không với ánh sáng mà chúng ta biết góp phần làm nền tảng.

Khi hai ngôi sao neutron va nhau, nó sẽ tạo thành một vụ nổ kilomova (cũng gọi là macromova), đó là theo các nhà khoa học phỏng đoán trên lý thuyết từ năm 1974 về sự tồn tại của kilomova, và được các nhà khoa học cho rằng đã xác nhận trên thực tế vào năm 2013. Nhưng hình dáng cụ thể của kilomova như thế nào thì vẫn chưa có kiểm chứng.

Trong các mô hình lý thuyết trước đây, hình dáng vụ nổ sẽ là hình dẹt bất đối xứng, kèm theo một chùm năng lượng phóng ra cực mạnh. Nhờ thông qua quan sát được chùm năng lượng đặc thù ấy mà có thể phát hiện ra vụ nổ thuộc loại này.

Vụ nổ này được phát hiện năm 2017 và được nghiên cứu chuyên sâu.

“Đó là một vụ nổ hoàn hảo theo nhiều cách hiểu. Nó đẹp, cả về mặt thẩm mỹ, sự đơn giản của hình dạng, và ý nghĩa [cho ngành khoa học] vật lý của nó,” ông Sneppen nói trên tạp chí Nature.

“Về mặt thẩm mỹ, màu sắc mà kilonova phát ra trông giống như mặt trời theo đúng nghĩa đen —tất nhiên, ngoại trừ diện tích bề mặt lớn hơn vài trăm triệu lần— Về mặt vật lý, vụ nổ hình cầu này chứa vật lý phi thường ở trung tâm của sự hợp nhất này.”

Còn nhiều điều chưa giải thích được, và nhiều luận điểm trước đây cần phải được xét lại từ đầu. Darach Watson, nhà vật lý thiên văn và đồng tác giả nghiên cứu của Trung tâm Cosmic Dawn cho biết: “Thành thật mà nói, chúng tôi đang thực sự quay trở lại chiếc bảng vẽ với điều này.”

“Với bản chất khắc nghiệt của các điều kiện vật lý —ví dụ như cực đoan hơn nhiều so với một vụ nổ hạt nhân, với mật độ lớn hơn hạt nhân nguyên tử, nhiệt độ hàng tỷ độ và từ trường đủ mạnh để làm biến dạng hình dạng của nguyên tử— rất có thể có các [quy luật] vật lý cơ bản ở đây mà chúng ta chưa hiểu.”

Vụ nổ kilonova này được nghiên cứu bằng kính viễn vọng cực lớn của Đài quan sát Nam Châu Âu có trụ sở tại Chile.

Theo các mô hình lý thuyết về khoa học vũ trụ, các ngôi sao neutron vốn là các ngôi sao bình thường trước đó, tương tự như mặt trời nhưng với khối lượng lớn hơn khoảng 10–25 lần. Sau khi đốt cháy hết qua phản ứng nhiệt hạch, nó sụp đổ vào chính nó. Do lực hấp dẫn mạnh mẽ, cấu trúc nguyên tử bị bóp vỡ và chỉ còn neutron, trở thành một sao lõi nhỏ nhưng cực kỳ dày đặc.

Theo các nhà khoa học, 2 ngôi sao neutron này có đường kính khoảng 20 km, với tổng khối lượng khoảng 2,7 lần mặt trời. Dần dần, chúng tiến lại gần nhau hơn, quay quanh nhau với tốc độ cực nhanh. Mỗi cái bị kéo dài ra và tách ra trong những giây cuối cùng trước khi hợp nhất do sức mạnh của trường hấp dẫn lẫn nhau. Đó là lý giải tại sao các mô hình trước đây cho rằng hình dáng vụ nổ tạo ra sẽ dẹt tựa cái bánh mỳ. Các phần bên trong của chúng va chạm với nhau ở tốc độ khoảng 25% tốc độ ánh sáng, tạo ra từ trường mạnh nhất trong vũ trụ. Vụ nổ giải phóng năng lượng với độ sáng của khoảng một tỷ mặt trời trong vài ngày.

Theo các nhà khoa học, cả 2 ngôi sao sẽ hợp nhất thành một ngôi sao neutron khối lượng lớn duy nhất. Và sau đó, có khả năng nó sẽ tiếp tục lại sụp đổ vào bản thân mình để tạo thành một lỗ đen, một vật thể thậm chí còn dày đặc hơn với lực hấp dẫn mạnh đến mức ánh sáng cũng không thể thoát ra được.

Bình luận về “vụ nổ hoàn hảo” này, ông Sneppen nói, “Về cơ bản đây là đáng kinh ngạc và là một thách thức thú vị đối với bất kỳ nhà lý thuyết và mô phỏng số hóa nào — cuộc chơi đã bắt đầu.”