Vũ trụ đầy rẫy những sự kiện ngoạn mục và dữ dội, nhưng ít có sự kiện nào kịch tính hơn một lỗ đen xé toạc một ngôi sao. Giờ đây, nhờ các mô phỏng máy tính tiên tiến, các nhà khoa học đã có cái nhìn gần nhất về thảm họa vũ trụ này thực sự trông như thế nào — và thậm chí là âm thanh ra sao.
Một nhóm các nhà thiên văn học, do nhà vật lý thiên văn lý thuyết Elias Most của Viện Công nghệ California (Caltech) đứng đầu, đã mô hình hóa những mili giây cuối cùng đầy kịch tính trước khi một ngôi sao neutron, lõi cực kỳ dày đặc còn sót lại sau một vụ nổ sao lớn, bị một lỗ đen nuốt chửng.
kết quả, được công bố trên Tạp chí Vật lý thiên văn Những lá thư vào tháng 3 cho thấy rằng trong những khoảnh khắc cuối cùng đó, bề mặt của ngôi sao nứt ra giống như mặt đất trong một trận động đất. Ngay trước khi ngôi sao neutron biến mất vào vực thẳm của lỗ đen, một số sóng xung kích mạnh nhất mà chúng ta biết sẽ phun trào ra ngoài như một lời tạm biệt dữ dội, cuối cùng. Công trình của nhóm nghiên cứu cũng dự đoán các loại tín hiệu mà vụ va chạm vũ trụ này có thể gửi qua không gian, các tín hiệu mà các nhà thiên văn học sử dụng kính viễn vọng trên Trái Đất và trên quỹ đạo một ngày nào đó có thể phát hiện ra.
"Trước khi có mô phỏng này, mọi người nghĩ rằng bạn có thể bẻ một ngôi sao neutron như bẻ một quả trứng, nhưng họ chưa bao giờ hỏi liệu bạn có thể nghe thấy tiếng bẻ không", Most nói trong tuyên bố. "Công trình của chúng tôi dự đoán rằng, vâng, bạn có thể nghe hoặc phát hiện ra nó như một tín hiệu vô tuyến."
Mô phỏng cho thấy ngay trước khi sao neutron bị nuốt chửng, lực hấp dẫn khổng lồ của lỗ đen cắt đứt bề mặt của nó, gây ra các trận động đất dữ dội. Điều đó khiến từ trường mạnh của ngôi sao gợn sóng và xoắn lại, tạo ra thứ mà các nhà thiên văn học gọi là sóng Alfvén. Sau đó, ngay trước khi sao neutron bị lỗ đen nuốt chửng, những con sóng này biến thành một vụ nổ mạnh, phát ra một loạt sóng vô tuyến được gọi là vụ nổ vô tuyến nhanh (FRB). Theo tuyên bố, mạng lưới 2.000 ăng-ten vô tuyến sắp ra mắt của Caltech tại Nevada một ngày nào đó có thể đủ nhạy để phát hiện những vụ nổ cuối cùng này.
Sau đó, khi nó biến mất vào trong hố đen, mô phỏng cho thấy "sóng xung kích quái vật" thậm chí còn mạnh hơn cả sóng xung kích do vết nứt ban đầu phát nổ ra bên ngoài. Những sóng này cũng có thể tạo ra các tín hiệu vô tuyến có thể phát hiện được, cho phép các nhà thiên văn học bắt được hai vụ nổ riêng biệt từ một vụ va chạm giữa một sao neutron và lỗ đen. Katerina Chatziioannou, phó giáo sư vật lý tại Caltech và là đồng tác giả của nghiên cứu mới, cho biết trong cùng một tuyên bố: "Điều này vượt ra ngoài các mô hình có hiểu biết về hiện tượng này". "Đây là một mô phỏng thực tế bao gồm tất cả các hiện tượng vật lý có liên quan diễn ra khi sao neutron vỡ ra như một quả trứng."
Mô phỏng này cũng dự đoán khả năng hình thành một vật thể giả định hiếm gặp được gọi là sao xung lỗ đen. Các sao xung truyền thống là các sao neutron quay phát ra các chùm bức xạ, và nghiên cứu mới cho thấy một lỗ đen có thể mô phỏng hành vi này trong thời gian ngắn khi nuốt một sao neutron.
Hiện tượng này xảy ra vì khi lỗ đen nuốt sao neutron, nó cũng kéo theo từ trường của ngôi sao. "Nhưng nó cần phải loại bỏ điều đó", Most nói trong một tuyên bố. "Những gì mô phỏng cho thấy là nó thực sự làm điều đó theo cách hình thành trạng thái trông giống như một sao xung."
Các bài viết liên quan:
— Kính viễn vọng Hubble phát hiện ra lỗ đen đang lang thang đang hút hết mì spaghetti của các ngôi sao
— Các nhà thiên văn học phát hiện ra lỗ đen đang xé toạc một ngôi sao bên trong một va chạm thiên hà. 'Đây là một sự kiện kỳ lạ'
— Ngôi sao thoát khỏi hố đen siêu lớn háu đói, bỏ lại người bạn đồng hành là ngôi sao của nó
Những sao xung hố đen này chỉ tồn tại trong một phần nhỏ của một giây nhưng có thể phát ra một vụ nổ tia X hoặc tia gamma năng lượng cao trong thời gian ngắn, một dấu hiệu không thể nhầm lẫn về kết cục dữ dội của một ngôi sao, theo nghiên cứu mới.
Nhóm nghiên cứu ghi nhận mô phỏng chi tiết của họ là nhờ sức mạnh của máy tính tiên tiến. Họ đã sử dụng Perlmutter, một siêu máy tính tại Phòng thí nghiệm quốc gia Lawrence Berkeley ở California được trang bị GPU, cùng loại bộ xử lý đồ họa được sử dụng trong các trò chơi điện tử và các công cụ AI như ChatGPT.
"Trước đây, chúng tôi không có đủ sức mạnh tính toán để mô hình hóa số các hệ thống vật lý cực kỳ phức tạp này một cách chi tiết", Most cho biết.
"Với GPU, đột nhiên mọi thứ đều hoạt động và phù hợp với kỳ vọng của chúng tôi".
Nghiên cứu đã được công bố trên hai các bài báo trong The Astrophysical Journal Letters.
Một nhóm các nhà thiên văn học, do nhà vật lý thiên văn lý thuyết Elias Most của Viện Công nghệ California (Caltech) đứng đầu, đã mô hình hóa những mili giây cuối cùng đầy kịch tính trước khi một ngôi sao neutron, lõi cực kỳ dày đặc còn sót lại sau một vụ nổ sao lớn, bị một lỗ đen nuốt chửng.
kết quả, được công bố trên Tạp chí Vật lý thiên văn Những lá thư vào tháng 3 cho thấy rằng trong những khoảnh khắc cuối cùng đó, bề mặt của ngôi sao nứt ra giống như mặt đất trong một trận động đất. Ngay trước khi ngôi sao neutron biến mất vào vực thẳm của lỗ đen, một số sóng xung kích mạnh nhất mà chúng ta biết sẽ phun trào ra ngoài như một lời tạm biệt dữ dội, cuối cùng. Công trình của nhóm nghiên cứu cũng dự đoán các loại tín hiệu mà vụ va chạm vũ trụ này có thể gửi qua không gian, các tín hiệu mà các nhà thiên văn học sử dụng kính viễn vọng trên Trái Đất và trên quỹ đạo một ngày nào đó có thể phát hiện ra.
"Trước khi có mô phỏng này, mọi người nghĩ rằng bạn có thể bẻ một ngôi sao neutron như bẻ một quả trứng, nhưng họ chưa bao giờ hỏi liệu bạn có thể nghe thấy tiếng bẻ không", Most nói trong tuyên bố. "Công trình của chúng tôi dự đoán rằng, vâng, bạn có thể nghe hoặc phát hiện ra nó như một tín hiệu vô tuyến."
Mô phỏng cho thấy ngay trước khi sao neutron bị nuốt chửng, lực hấp dẫn khổng lồ của lỗ đen cắt đứt bề mặt của nó, gây ra các trận động đất dữ dội. Điều đó khiến từ trường mạnh của ngôi sao gợn sóng và xoắn lại, tạo ra thứ mà các nhà thiên văn học gọi là sóng Alfvén. Sau đó, ngay trước khi sao neutron bị lỗ đen nuốt chửng, những con sóng này biến thành một vụ nổ mạnh, phát ra một loạt sóng vô tuyến được gọi là vụ nổ vô tuyến nhanh (FRB). Theo tuyên bố, mạng lưới 2.000 ăng-ten vô tuyến sắp ra mắt của Caltech tại Nevada một ngày nào đó có thể đủ nhạy để phát hiện những vụ nổ cuối cùng này.
Sau đó, khi nó biến mất vào trong hố đen, mô phỏng cho thấy "sóng xung kích quái vật" thậm chí còn mạnh hơn cả sóng xung kích do vết nứt ban đầu phát nổ ra bên ngoài. Những sóng này cũng có thể tạo ra các tín hiệu vô tuyến có thể phát hiện được, cho phép các nhà thiên văn học bắt được hai vụ nổ riêng biệt từ một vụ va chạm giữa một sao neutron và lỗ đen. Katerina Chatziioannou, phó giáo sư vật lý tại Caltech và là đồng tác giả của nghiên cứu mới, cho biết trong cùng một tuyên bố: "Điều này vượt ra ngoài các mô hình có hiểu biết về hiện tượng này". "Đây là một mô phỏng thực tế bao gồm tất cả các hiện tượng vật lý có liên quan diễn ra khi sao neutron vỡ ra như một quả trứng."
Mô phỏng này cũng dự đoán khả năng hình thành một vật thể giả định hiếm gặp được gọi là sao xung lỗ đen. Các sao xung truyền thống là các sao neutron quay phát ra các chùm bức xạ, và nghiên cứu mới cho thấy một lỗ đen có thể mô phỏng hành vi này trong thời gian ngắn khi nuốt một sao neutron.
Hiện tượng này xảy ra vì khi lỗ đen nuốt sao neutron, nó cũng kéo theo từ trường của ngôi sao. "Nhưng nó cần phải loại bỏ điều đó", Most nói trong một tuyên bố. "Những gì mô phỏng cho thấy là nó thực sự làm điều đó theo cách hình thành trạng thái trông giống như một sao xung."
Các bài viết liên quan:
— Kính viễn vọng Hubble phát hiện ra lỗ đen đang lang thang đang hút hết mì spaghetti của các ngôi sao
— Các nhà thiên văn học phát hiện ra lỗ đen đang xé toạc một ngôi sao bên trong một va chạm thiên hà. 'Đây là một sự kiện kỳ lạ'
— Ngôi sao thoát khỏi hố đen siêu lớn háu đói, bỏ lại người bạn đồng hành là ngôi sao của nó
Những sao xung hố đen này chỉ tồn tại trong một phần nhỏ của một giây nhưng có thể phát ra một vụ nổ tia X hoặc tia gamma năng lượng cao trong thời gian ngắn, một dấu hiệu không thể nhầm lẫn về kết cục dữ dội của một ngôi sao, theo nghiên cứu mới.
Nhóm nghiên cứu ghi nhận mô phỏng chi tiết của họ là nhờ sức mạnh của máy tính tiên tiến. Họ đã sử dụng Perlmutter, một siêu máy tính tại Phòng thí nghiệm quốc gia Lawrence Berkeley ở California được trang bị GPU, cùng loại bộ xử lý đồ họa được sử dụng trong các trò chơi điện tử và các công cụ AI như ChatGPT.
"Trước đây, chúng tôi không có đủ sức mạnh tính toán để mô hình hóa số các hệ thống vật lý cực kỳ phức tạp này một cách chi tiết", Most cho biết.
"Với GPU, đột nhiên mọi thứ đều hoạt động và phù hợp với kỳ vọng của chúng tôi".
Nghiên cứu đã được công bố trên hai các bài báo trong The Astrophysical Journal Letters.
