Được Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc phóng vào ngày 9 tháng 1 năm 2024, Tàu thăm dò Einstein đã phát hiện ra một số sự kiện mới trong giai đoạn đưa vào vận hành. Tháng 10 năm ngoái, Yuan Weimin, nhà nghiên cứu chính của tàu vũ trụ, đã nói với Đài truyền hình trung ương Trung Quốc rằng đài quan sát tia X đã phát hiện ra khoảng 60 thiên thể thoáng qua rất mạnh, gần một nghìn thiên thể thoáng qua tiềm năng và gần 500 vụ bùng phát sao, cùng với một vụ nổ tia gamma từ vũ trụ rất sơ khai.
Một trong những phát hiện đó là EP240408a, một vụ nổ bất thường đã làm dấy lên các cuộc thảo luận giữa các nhà thiên văn học. Zhang và các đồng nghiệp của ông đã ngay lập tức sử dụng thiết bị thứ hai của tàu vũ trụ, Kính viễn vọng tia X theo dõi, để quan sát nguồn mới 1,8 ngày sau khi nó được phát hiện lần đầu tiên bởi người bạn đồng hành của nó, Kính viễn vọng tia X trường rộng.
Cả hai nhóm nghiên cứu đều bắt tay vào hành động, yêu cầu được tiếp xúc với các thiết bị trên Trái đất và không gian ở nhiều bước sóng khác nhau. Cùng nhau, hai nhóm nghiên cứu đã hướng gần 20 kính thiên văn khác nhau ngoài Einstein Probe vào sự cố mới, bao gồm các bước sóng quang học, vô tuyến, tia gamma, tia cực tím và cận hồng ngoại.
Hầu hết các thiết bị đó không nhìn thấy gì. Và điều đó thật bất thường.
Các máy phát tia X đã biết có xu hướng là loại đa bước sóng, phát ra tín hiệu ở nhiều chế độ. Zhang và các đồng nghiệp của ông chỉ nhìn thấy EP240408a tỏa sáng trong tia X, trong khi O'Connor xác định được một đối tác quang học có thể có: một thiên hà nhỏ, mờ nhạt có thể là nơi tín hiệu xuất hiện.
Đó không phải là cách duy nhất mà EP240408a không phù hợp với các mô hình thoáng qua hiện có. Vụ nổ mới đã thắp sáng tia X trong khoảng từ bảy đến 23 ngày, một ước tính dựa trên thời điểm EP được hướng theo hướng của nó. Các vụ nổ tia X nhanh, các vụ nổ ngắn dữ dội do các quá trình dữ dội gây ra, bùng phát ở bất kỳ đâu từ dưới một giây đến hàng trăm giây trước khi chúng biến mất. Các thoáng qua dài hơn liên quan đến nhân thiên hà kéo dài từ nhiều tháng đến nhiều năm. Tầm trung bất thường đặt EP240408a ngoài tầm với.
Ngoài ra, mục tiêu mới đã bắn ra một ngọn lửa kéo dài 12 giây sáng hơn 300 lần so với phát xạ tia X bên dưới trước khi mờ dần xuống các mức thấp hơn.
Neutron star Interior Composition Explorer (NICER) của NASA là một trong số ít thiết bị có thể bắt gặp được khoảnh khắc mới nhất của EP.
"Khi chúng tôi nhận ra rằng EP240408a là một hiện tượng thoáng qua mới hấp dẫn, chúng tôi đã yêu cầu các điểm chỉ của NICER", Francesco Zelati, một nhà nghiên cứu tại Viện Khoa học Không gian và là thành viên của nhóm Zhang, đã trả lời Space.com qua email. Zelati và các đồng nghiệp của ông đã sử dụng đài quan sát tia X có trụ sở tại Trạm Vũ trụ Quốc tế để mô tả tốt hơn các đặc tính tia X của sự kiện mới và nắm bắt mọi thay đổi nhanh chóng trong quá trình phát xạ của nó.
NICER là một trong số ít thiết bị có thể phát hiện ra sự kiện ngắn ngủi này vì diện tích thu thập lớn và lịch trình linh hoạt của nó. "Nhiều đài quan sát khác không có lịch trình nhanh hoặc độ nhạy trong phạm vi năng lượng liên quan", Zelati cho biết. Phản ứng nhanh chóng của NICER cho phép họ có được dữ liệu "là chìa khóa để theo dõi sự tiến hóa của hiện tượng thoáng qua", ông cho biết.
Cả hai nhóm đều dựa vào việc phát hiện tia X của Đài quan sát Neil Gehrels Swift (Swift) của NASA. Ngoài việc đo tín hiệu, Zhang cho biết tàu vũ trụ đã giúp thu hẹp vị trí của nguồn. O'Connor đã sử dụng phép đo hydro của Swift, loại khí nguyên thủy là vật liệu xây dựng nên mọi thứ trong vũ trụ, để xác định rằng vụ nổ xuất phát từ bên ngoài Dải Ngân Hà. Những phát hiện của họ khiến họ suy ra rằng hydro đang hấp thụ các photon tia X trong thiên hà chủ xa xôi.
Cả hai nhóm đều hướng nhiều kính viễn vọng quang học về phía ngọn lửa. Với Đài quan sát Gemini South có trụ sở tại Chile, O'Connor đã xác định được một thiên hà mờ có thể là nơi diễn ra sự kiện này.
O'Connor và các đồng nghiệp nghi ngờ rằng vụ nổ ở xa có thể là một sự kiện được gọi là sự kiện phá vỡ thủy triều, hay TDE. TDE xảy ra khi một ngôi sao đi qua gần một hố đen và bị xé nát bởi lực hấp dẫn của nó. Chỉ có một trăm TDE được phát hiện kể từ khi phát hiện đầu tiên in 1995.
Trong những trường hợp cực kỳ hiếm, lực thủy triều của hố đen bắn vật chất ra ngoài theo một tia phản lực tốc độ cao tương tác với vật liệu gần đó, tỏa sáng rực rỡ ở cả bước sóng tia X và tia vô tuyến. Cho đến nay, chỉ có bốn TDE được cho là có tia phản lực tương đối tính — và tín hiệu tia X rất giống với bốn TDE đó.
Nhưng các quan sát ở tần số vô tuyến với nhiều kính thiên văn đều không có kết quả. Đối với Zhang, điều đó loại trừ TDE phản lực khỏi việc xem xét. Ông cho biết: "Thật khó để giải thích EP240408a có tia phản lực [TDE] do thiếu bức xạ tần số thấp — từ vô tuyến đến gần hồng ngoại — của nguồn".
Đồng tác giả của ông, Zelati, không vội bác bỏ kết quả. Có khả năng phát xạ vô tuyến hoặc bước sóng dài hơn sẽ xuất hiện sau đó, khi tia phản lực mở rộng vào môi trường xung quanh. "Pha sáng vô tuyến này có thể xuất hiện bất cứ lúc nào từ vài tuần đến nhiều tháng sau sự kiện ban đầu", ông nói.
O'Connor và các đồng nghiệp của ông cũng có cùng suy nghĩ. Họ nghi ngờ rằng tia phản lực có thể mất một thời gian để giảm tốc, làm chậm sóng xung kích sẽ gây ra phát xạ vô tuyến. "Phát xạ vô tuyến trễ thời gian như vậy đã được quan sát thấy trong nhiều TDE trước đây trong một loạt các thang thời gian", ông nói. "Có vẻ như đây là một đặc tính gần như phổ biến".
Ông nói rằng thang thời gian là một thách thức để giải thích. Mặc dù EP240408a có vẻ ngoài tương tự như các TDE có tia tương đối tính khác, nhưng tín hiệu tia X phân rã nhanh hơn.
"Thang thời gian ngắn như vậy có thể xảy ra nếu lỗ đen khá nhỏ và ngôi sao khá dày đặc", O'Connor nói. "Chúng tôi ủng hộ một lỗ đen khối lượng trung gian phá vỡ một sao lùn trắng."
Zhang và các đồng nghiệp nghi ngờ rằng tín hiệu bất thường thay vào đó có thể là một lớp vật thể hoàn toàn mới.
"Chúng tôi cho rằng EP240408a có thể đại diện cho một loại thoáng qua mới với thang thời gian trung gian theo thứ tự khoảng 10 ngày, có thể đã bị bỏ sót trong các cuộc khảo sát miền thời gian trước đây", họ viết trong bài báo của mình.
Điều đó có thể là do các thoáng qua tia X có độ dài trung gian có thể không được chú ý trong các cuộc khảo sát tập trung vào các vật thể có thang thời gian rất dài hoặc các vụ nổ cực ngắn, Zelati cho biết.
O'Connor và các đồng tác giả của ông không loại trừ một lớp vật thể hoàn toàn mới. Chỉ ra trong nghiên cứu của họ rằng các đặc tính quan sát được của EP240408a "không trực tiếp phù hợp với bất kỳ lớp thoáng qua nào đã biết", họ thừa nhận rằng TDE phun không giải thích hoàn hảo các quan sát. "Giải pháp thay thế là EP240408a có thể đại diện cho một lớp thoáng qua mới, chưa từng được biết đến trước đây", họ viết.
Các bài viết liên quan:
— Tia X tiết lộ khí bí mật trong cụm thiên hà khổng lồ và xa xôi
— Tàu vũ trụ tia X tiết lộ vòng tròn vô tuyến 'Cloverleaf' kỳ lạ dưới góc nhìn mới (hình ảnh)
— Vụ nổ vô tuyến phá kỷ lục có thể giúp chúng ta tìm ra vật chất còn thiếu của vũ trụ
"Việc khám phá ra một lớp thoáng qua tia X trung gian mới như EP240408a sẽ nâng cao đáng kể khả năng hiểu biết của chúng ta về các quá trình đa dạng và năng động trong vũ trụ", Zelati cho biết. Một khám phá như vậy sẽ lấp đầy những khoảng trống trong phân loại hiện tượng tia X, có khả năng dẫn đến sự phát triển của các lý thuyết mới và các nghiên cứu quan sát để tìm ra nhiều hiện tượng tương tự. "Cuối cùng, nó sẽ mở rộng hiểu biết của chúng ta về các sự kiện thiên văn vật lý năng lượng cao", ông nói.
Rất có thể Tàu thăm dò Einstein sẽ phát hiện ra các sự kiện tương tự trong suốt sứ mệnh của mình, giả sử nó chưa phát hiện ra điều đó.
"Những phát hiện trong tương lai về các sự kiện tương tự của EP sẽ giúp chúng ta tìm ra điều này như một cộng đồng", O'Connor viết. "Tôi chắc chắn mong chờ những sự kiện kỳ lạ mà EP sẽ khám phá trong tương lai!"
Một trong những phát hiện đó là EP240408a, một vụ nổ bất thường đã làm dấy lên các cuộc thảo luận giữa các nhà thiên văn học. Zhang và các đồng nghiệp của ông đã ngay lập tức sử dụng thiết bị thứ hai của tàu vũ trụ, Kính viễn vọng tia X theo dõi, để quan sát nguồn mới 1,8 ngày sau khi nó được phát hiện lần đầu tiên bởi người bạn đồng hành của nó, Kính viễn vọng tia X trường rộng.
Cả hai nhóm nghiên cứu đều bắt tay vào hành động, yêu cầu được tiếp xúc với các thiết bị trên Trái đất và không gian ở nhiều bước sóng khác nhau. Cùng nhau, hai nhóm nghiên cứu đã hướng gần 20 kính thiên văn khác nhau ngoài Einstein Probe vào sự cố mới, bao gồm các bước sóng quang học, vô tuyến, tia gamma, tia cực tím và cận hồng ngoại.
Hầu hết các thiết bị đó không nhìn thấy gì. Và điều đó thật bất thường.
Các máy phát tia X đã biết có xu hướng là loại đa bước sóng, phát ra tín hiệu ở nhiều chế độ. Zhang và các đồng nghiệp của ông chỉ nhìn thấy EP240408a tỏa sáng trong tia X, trong khi O'Connor xác định được một đối tác quang học có thể có: một thiên hà nhỏ, mờ nhạt có thể là nơi tín hiệu xuất hiện.
Đó không phải là cách duy nhất mà EP240408a không phù hợp với các mô hình thoáng qua hiện có. Vụ nổ mới đã thắp sáng tia X trong khoảng từ bảy đến 23 ngày, một ước tính dựa trên thời điểm EP được hướng theo hướng của nó. Các vụ nổ tia X nhanh, các vụ nổ ngắn dữ dội do các quá trình dữ dội gây ra, bùng phát ở bất kỳ đâu từ dưới một giây đến hàng trăm giây trước khi chúng biến mất. Các thoáng qua dài hơn liên quan đến nhân thiên hà kéo dài từ nhiều tháng đến nhiều năm. Tầm trung bất thường đặt EP240408a ngoài tầm với.
Ngoài ra, mục tiêu mới đã bắn ra một ngọn lửa kéo dài 12 giây sáng hơn 300 lần so với phát xạ tia X bên dưới trước khi mờ dần xuống các mức thấp hơn.
Neutron star Interior Composition Explorer (NICER) của NASA là một trong số ít thiết bị có thể bắt gặp được khoảnh khắc mới nhất của EP.
"Khi chúng tôi nhận ra rằng EP240408a là một hiện tượng thoáng qua mới hấp dẫn, chúng tôi đã yêu cầu các điểm chỉ của NICER", Francesco Zelati, một nhà nghiên cứu tại Viện Khoa học Không gian và là thành viên của nhóm Zhang, đã trả lời Space.com qua email. Zelati và các đồng nghiệp của ông đã sử dụng đài quan sát tia X có trụ sở tại Trạm Vũ trụ Quốc tế để mô tả tốt hơn các đặc tính tia X của sự kiện mới và nắm bắt mọi thay đổi nhanh chóng trong quá trình phát xạ của nó.
NICER là một trong số ít thiết bị có thể phát hiện ra sự kiện ngắn ngủi này vì diện tích thu thập lớn và lịch trình linh hoạt của nó. "Nhiều đài quan sát khác không có lịch trình nhanh hoặc độ nhạy trong phạm vi năng lượng liên quan", Zelati cho biết. Phản ứng nhanh chóng của NICER cho phép họ có được dữ liệu "là chìa khóa để theo dõi sự tiến hóa của hiện tượng thoáng qua", ông cho biết.
Cả hai nhóm đều dựa vào việc phát hiện tia X của Đài quan sát Neil Gehrels Swift (Swift) của NASA. Ngoài việc đo tín hiệu, Zhang cho biết tàu vũ trụ đã giúp thu hẹp vị trí của nguồn. O'Connor đã sử dụng phép đo hydro của Swift, loại khí nguyên thủy là vật liệu xây dựng nên mọi thứ trong vũ trụ, để xác định rằng vụ nổ xuất phát từ bên ngoài Dải Ngân Hà. Những phát hiện của họ khiến họ suy ra rằng hydro đang hấp thụ các photon tia X trong thiên hà chủ xa xôi.
Cả hai nhóm đều hướng nhiều kính viễn vọng quang học về phía ngọn lửa. Với Đài quan sát Gemini South có trụ sở tại Chile, O'Connor đã xác định được một thiên hà mờ có thể là nơi diễn ra sự kiện này.
Một sự kiện hiếm gặp hay một sự kiện hoàn toàn mới?
Hai nhóm thiên văn học độc lập đã so sánh các phép đo của họ và đưa ra những kết luận hơi khác nhau.O'Connor và các đồng nghiệp nghi ngờ rằng vụ nổ ở xa có thể là một sự kiện được gọi là sự kiện phá vỡ thủy triều, hay TDE. TDE xảy ra khi một ngôi sao đi qua gần một hố đen và bị xé nát bởi lực hấp dẫn của nó. Chỉ có một trăm TDE được phát hiện kể từ khi phát hiện đầu tiên in 1995.
Trong những trường hợp cực kỳ hiếm, lực thủy triều của hố đen bắn vật chất ra ngoài theo một tia phản lực tốc độ cao tương tác với vật liệu gần đó, tỏa sáng rực rỡ ở cả bước sóng tia X và tia vô tuyến. Cho đến nay, chỉ có bốn TDE được cho là có tia phản lực tương đối tính — và tín hiệu tia X rất giống với bốn TDE đó.
Nhưng các quan sát ở tần số vô tuyến với nhiều kính thiên văn đều không có kết quả. Đối với Zhang, điều đó loại trừ TDE phản lực khỏi việc xem xét. Ông cho biết: "Thật khó để giải thích EP240408a có tia phản lực [TDE] do thiếu bức xạ tần số thấp — từ vô tuyến đến gần hồng ngoại — của nguồn".
Đồng tác giả của ông, Zelati, không vội bác bỏ kết quả. Có khả năng phát xạ vô tuyến hoặc bước sóng dài hơn sẽ xuất hiện sau đó, khi tia phản lực mở rộng vào môi trường xung quanh. "Pha sáng vô tuyến này có thể xuất hiện bất cứ lúc nào từ vài tuần đến nhiều tháng sau sự kiện ban đầu", ông nói.
O'Connor và các đồng nghiệp của ông cũng có cùng suy nghĩ. Họ nghi ngờ rằng tia phản lực có thể mất một thời gian để giảm tốc, làm chậm sóng xung kích sẽ gây ra phát xạ vô tuyến. "Phát xạ vô tuyến trễ thời gian như vậy đã được quan sát thấy trong nhiều TDE trước đây trong một loạt các thang thời gian", ông nói. "Có vẻ như đây là một đặc tính gần như phổ biến".
Ông nói rằng thang thời gian là một thách thức để giải thích. Mặc dù EP240408a có vẻ ngoài tương tự như các TDE có tia tương đối tính khác, nhưng tín hiệu tia X phân rã nhanh hơn.
"Thang thời gian ngắn như vậy có thể xảy ra nếu lỗ đen khá nhỏ và ngôi sao khá dày đặc", O'Connor nói. "Chúng tôi ủng hộ một lỗ đen khối lượng trung gian phá vỡ một sao lùn trắng."
Zhang và các đồng nghiệp nghi ngờ rằng tín hiệu bất thường thay vào đó có thể là một lớp vật thể hoàn toàn mới.
"Chúng tôi cho rằng EP240408a có thể đại diện cho một loại thoáng qua mới với thang thời gian trung gian theo thứ tự khoảng 10 ngày, có thể đã bị bỏ sót trong các cuộc khảo sát miền thời gian trước đây", họ viết trong bài báo của mình.
Điều đó có thể là do các thoáng qua tia X có độ dài trung gian có thể không được chú ý trong các cuộc khảo sát tập trung vào các vật thể có thang thời gian rất dài hoặc các vụ nổ cực ngắn, Zelati cho biết.
O'Connor và các đồng tác giả của ông không loại trừ một lớp vật thể hoàn toàn mới. Chỉ ra trong nghiên cứu của họ rằng các đặc tính quan sát được của EP240408a "không trực tiếp phù hợp với bất kỳ lớp thoáng qua nào đã biết", họ thừa nhận rằng TDE phun không giải thích hoàn hảo các quan sát. "Giải pháp thay thế là EP240408a có thể đại diện cho một lớp thoáng qua mới, chưa từng được biết đến trước đây", họ viết.
Các bài viết liên quan:
— Tia X tiết lộ khí bí mật trong cụm thiên hà khổng lồ và xa xôi
— Tàu vũ trụ tia X tiết lộ vòng tròn vô tuyến 'Cloverleaf' kỳ lạ dưới góc nhìn mới (hình ảnh)
— Vụ nổ vô tuyến phá kỷ lục có thể giúp chúng ta tìm ra vật chất còn thiếu của vũ trụ
"Việc khám phá ra một lớp thoáng qua tia X trung gian mới như EP240408a sẽ nâng cao đáng kể khả năng hiểu biết của chúng ta về các quá trình đa dạng và năng động trong vũ trụ", Zelati cho biết. Một khám phá như vậy sẽ lấp đầy những khoảng trống trong phân loại hiện tượng tia X, có khả năng dẫn đến sự phát triển của các lý thuyết mới và các nghiên cứu quan sát để tìm ra nhiều hiện tượng tương tự. "Cuối cùng, nó sẽ mở rộng hiểu biết của chúng ta về các sự kiện thiên văn vật lý năng lượng cao", ông nói.
Rất có thể Tàu thăm dò Einstein sẽ phát hiện ra các sự kiện tương tự trong suốt sứ mệnh của mình, giả sử nó chưa phát hiện ra điều đó.
"Những phát hiện trong tương lai về các sự kiện tương tự của EP sẽ giúp chúng ta tìm ra điều này như một cộng đồng", O'Connor viết. "Tôi chắc chắn mong chờ những sự kiện kỳ lạ mà EP sẽ khám phá trong tương lai!"
