SAO NEUTRON

 

1. Sự va chạm của hai sao neutron

Vì sao sự va chạm giữa hai sao neutron đã gây nên một ấn tượng mạnh đối với khoa học? Sự va chạm đó đã đem lại những điều gì cho vật lý nói chung và thiên văn học nói riêng?

Thế nào là sao neutron? 

Sao neutron là một dạng trong vài khả năng kết thúc của quá trình tiến hoá sao. Một sao neutron được hình thành từ suy sụp hấp dẫn ở nhân của một sao siêu khổng lồ (khối lượng gấp khoảng 10-25 lần mặt trời) sau các vụ nổ siêu tân tinh. Quá trình hình thành dẫn đến thành phần chính của sao neutron là các neutron.

Hình 1: Sao neutron

Ngày 17.08.2016, Đài quan sát LIGO nâng cấp (Advanced Lased Interferometer Gravitational - Wave Observatory) đã thu được một hiện tượng quan trọng trong thiên văn học. Gần 130 triệu năm ánh sáng trước hai sao neutron siêu nặng đã va chạm vào nhau tạo thành một vật thể là kilonova gây nên một nếp nhăn khổng lồ xuyên qua không-thời gian và đi đến Trái Đất.

Sự va chạm của hai sao neutron.

Chú ý một điều quan trọng ở đây chúng ta có một phổ quan sát đa tín hiệu: hạt, tia X, tia gamma, ánh sáng quang học, sóng radio. Sử dụng thiên văn học đa tín hiệu các nhà vật lý ghi nhận được nhiều khía cạnh của sự va chạm hai sao neutron.

Hình 2. Hai sao neutron đang kết hợp 

Đây là bức tranh mô tả những thời điểm trước lúc kilonova. Hai sao neutron chuyển động xoắn tạo nên sóng hấp dẫn (xem những cung màu nhạt). Sau lúc chúng kết hợp với nhau một tia (jet) được hình thành (màu đỏ tươi-magenta) cùng với những mảnh phóng xạ làm thành các tia sáng tử ngoại, quang học và hồng ngoại.

Sóng hấp dẫn tạo nên bởi sự va chạm của hai sao neutron là yếu so với sự va chạm của hai lỗ đen và như vậy tín hiệu hấp dẫn khó bắt hơn.

Những bí ẩn giải quyết được nhờ sự va chạm của hai sao neutron

1. Bí ẩn GRB

Sự va chạm của hai sao neutron gây phát sinh một bùng nổ gamma (GRB- Gamma ray burst) và những chất liệu bị bắn ra làm thành những vòng xoáy quanh hai sao đã kết hợp.

Ngày 02.07.1967, hai vệ tinh của Mỹ Vela 3 và 4 đã ghi đo được một bức xạ gamma. Các nhà khoa học nghi đấy là Liên Xô đã tiến hành thí nghiệm một vũ khí hạt nhân bí mật mới.

Sau họ mới thấy rằng không phải như vậy mà đây là một bùng nổ gamma - một bức xạ có cường độ siêu lớn từ một vật thể thiên văn (nhà vật lý Dent đã nhận định như vậy).

Nguồn gốc của GRB đã được xem như một điều bí ẩn, nhiều nhà thiên văn cho rằng các GRB ngắn (kéo dài chừng vài giây) là hệ quả của sự va chạm của hai sao neutron.

Sự kết hợp của hai sao neutron đã gây nên một GRB với năng lượng tập trung vào một vùng hẹp gọi là tia (jet). Rất may là GRB sẽ chạm vào Trái Đất rất nhẹ. Như vậy một số GRB có thể xuất phát từ sự va chạm của hai sao neutron.

2. Sự hình thành các nguyên tố nặng trong vũ trụ 

Những dữ liệu vùng quang học và hồng ngoại còn giúp các nhà vật lý làm sáng tỏ vấn đề hình thành những nguyên tố nặng trong vũ trụ như: uranium, platinium và vàng trong quá trình tổng hợp hạt nhân. Những dữ liệu cho thấy rằng đa số các nguyên tố nặng nói trên xuất phát từ va chạm của hai sao neutron.

Sự va chạm của hai sao neutron sẽ phóng vật chất vào vật thể hình thành gọi là kilonova. Sau khi giải thoát khỏi trường hấp dẫn của sao neutron vật chất sẽ hình thành một đám mây gồm những nguyên tố nặng nói trên (nhà thiên văn Dent đã giải thích như vậy). Và như thế các nhà thiên văn đã tìm được nguyên nhân hình thành một số nguyên tố (nặng) trong vũ trụ.

Điều gì xảy ra sau va chạm?

Sau đây có thể là những kịch bản sau va chạm của hai sao neutron:

1. Ở vùng trung tâm va chạm hình thành một lỗ đen song không có thất thoát vật chất dưới dạng một GRB.

2. Hai sao kết hợp thành một sao neutron siêu khối lượng có chuyển động spin quay nhanh có thể tạo nên GRB.

Và khả năng có nhiều xác suất xảy ra là nằm giữa hai kịch bản nói trên: Hai sao neutron sau va chạm kết hợp thành một sao neutron không ổn định có dạng một chiếc bánh rán (doughnut) và phát ra một tia vật chất siêu năng lượng trước khi biến thành một lỗ đen.