Ngoài vũ trụ có những tàn tích sao chết được gọi là sao neutron, và những ngôi sao này có được từ trường cực mạnh khi vật chất bị đẩy ra trong quá trình chết siêu tân tinh bùng nổ của chúng rơi trở lại về phía chúng. Các nhà khoa học cho biết việc phát hiện ra cơ chế giống như máy phát điện này có thể giải quyết được bí ẩn về cái gọi là "sao từ trường thấp".
Sao từ là sao neutron có từ trường mạnh nhất trong vũ trụ, thường mạnh hơn hàng trăm nghìn tỷ lần so với từ quyển của Trái đất.
Sao từ trường thấp, lần đầu tiên được phát hiện vào năm 2010, là những tàn tích sao tương tự có từ trường yếu hơn từ trường "cổ điển" khoảng 10 đến 100 lần. Nguồn gốc của chúng vẫn là một câu đố — cho đến tận bây giờ.
Nhóm nghiên cứu mới đã tiến hành các mô phỏng số tiên tiến để mô hình hóa quá trình tiến hóa từ tính và nhiệt của các sao neutron.
Điều này cho thấy một quá trình giống như máy phát điện có thể cho phép một sao neutron phát triển một từ trường yếu hơn ở bề mặt của nó so với từ trường xung quanh các sao từ thông thường.
Quá trình này liên quan đến vật liệu bị siêu tân tinh đẩy ra rơi vào bên trong trong giai đoạn "sao nguyên neutron" của quá trình tiến hóa của những tàn tích sao này. Kết quả này được gọi là máy phát điện Tayler-Spruit.
"Cơ chế này đã được đề xuất về mặt lý thuyết cách đây gần một phần tư thế kỷ, nhưng chỉ mới được tái tạo gần đây bằng mô phỏng máy tính", Andrei Igoshev, trưởng nhóm nghiên cứu và là nhà khoa học tại Khoa Toán, Thống kê và Vật lý của Đại học Newcastle, nói trong một tuyên bố.
Điều này dẫn đến lõi sao, có khối lượng gấp hơn 1,4 lần khối lượng mặt trời (được gọi là giới hạn Chandrasekhar), sụp đổ dưới lực hấp dẫn của chính nó.
Điều đó tạo ra sóng xung kích tràn ra ngoài vào lớp trên cùng của ngôi sao, gây ra một vụ nổ sao lớn phá hủy các lớp này và phần lớn khối lượng của ngôi sao đang chết. Vụ nổ này được gọi là siêu tân tinh sụp đổ lõi.
Điều này khiến lõi, một ngôi sao tiền neutron, trong quá trình trở thành tàn tích sao rộng 12 dặm (20 km) dày đặc đến mức nếu đưa đến Trái Đất, chỉ một thìa vật chất cấu thành của nó cũng nặng khoảng 10 triệu tấn.
Sự sụp đổ nhanh chóng của các lõi sao này đã cũng có những hậu quả khác. Giống như một vận động viên trượt băng co tay lại để tăng tốc độ quay, sự sụp đổ của các sao neutron có thể "quay" các vật thể này nhiều đến mức một số có thể quay tới 700 lần mỗi giây.
Ngoài ra, sự sụp đổ của lõi buộc các đường sức từ lại với nhau, do đó làm tăng cường độ của các sức từ của các ngôi sao đã chết.
Điều đó để lại một tàn dư sao cực kỳ dày đặc, quay nhanh, có từ tính cao được bao quanh bởi một lớp vỏ vật liệu bị loại bỏ.
Tuy nhiên, vật liệu này cuối cùng có thể quay trở lại điểm xuất phát của nó, khiến sao neutron trở nên cực đoan và bất thường hơn nữa.
"Các sao neutron được sinh ra trong các vụ nổ siêu tân tinh", Igoshev cho biết. "Hầu hết các lớp bên ngoài của một ngôi sao lớn bị loại bỏ trong quá trình siêu tân tinh, nhưng một số vật chất rơi trở lại, khiến sao neutron quay nhanh hơn".
Igoshev giải thích rằng các nghiên cứu trước đây đã chỉ ra rằng quá trình này đóng vai trò rất quan trọng trong việc hình thành từ trường thông qua cơ chế phát điện Tayler-Spruit.
Cơ chế phát điện Tayler-Spruit được cho là có thể chuyển đổi mômen động lượng của plasma rơi vào thành từ trường bên trong sao neutron. Điều này tương tự như cách các máy phát điện cơ học trên Trái Đất chuyển đổi năng lượng động thành năng lượng điện.
"Từ trường được hình thành thông qua cơ chế này rất phức tạp với một từ trường bên trong ngôi sao mạnh hơn nhiều so với từ trường bên ngoài", Igoshev cho biết.
Các bài viết liên quan:
— Một cách tiếp cận mới có thể giúp các nhà khoa học nhìn thấy bên trong một ngôi sao neutron
— 'Sự cố' của ngôi sao chết có thể tiết lộ nguồn gốc của các vụ nổ vô tuyến nhanh
— Ngôi sao neutron nặng nhất từng được quan sát đang xé nát bạn đồng hành của nó
Igoshev hiện có ý định thành lập một nhóm nghiên cứu mới tại Đại học Newcastle để tiếp tục điều tra về từ trường mạnh mẽ, phức tạp và bí ẩn của các ngôi sao neutron.
nghiên cứu của nhóm đã được công bố vào ngày 4 tháng 2 trên tạp chí Thiên văn học thiên nhiên.
Sao từ là sao neutron có từ trường mạnh nhất trong vũ trụ, thường mạnh hơn hàng trăm nghìn tỷ lần so với từ quyển của Trái đất.
Sao từ trường thấp, lần đầu tiên được phát hiện vào năm 2010, là những tàn tích sao tương tự có từ trường yếu hơn từ trường "cổ điển" khoảng 10 đến 100 lần. Nguồn gốc của chúng vẫn là một câu đố — cho đến tận bây giờ.
Nhóm nghiên cứu mới đã tiến hành các mô phỏng số tiên tiến để mô hình hóa quá trình tiến hóa từ tính và nhiệt của các sao neutron.
Điều này cho thấy một quá trình giống như máy phát điện có thể cho phép một sao neutron phát triển một từ trường yếu hơn ở bề mặt của nó so với từ trường xung quanh các sao từ thông thường.
Quá trình này liên quan đến vật liệu bị siêu tân tinh đẩy ra rơi vào bên trong trong giai đoạn "sao nguyên neutron" của quá trình tiến hóa của những tàn tích sao này. Kết quả này được gọi là máy phát điện Tayler-Spruit.
"Cơ chế này đã được đề xuất về mặt lý thuyết cách đây gần một phần tư thế kỷ, nhưng chỉ mới được tái tạo gần đây bằng mô phỏng máy tính", Andrei Igoshev, trưởng nhóm nghiên cứu và là nhà khoa học tại Khoa Toán, Thống kê và Vật lý của Đại học Newcastle, nói trong một tuyên bố.
Sự ra đời của 'những ngôi sao chết' rất phức tạp
Những ngôi sao neutron được tạo ra khi những ngôi sao có khối lượng lớn hơn 10 lần khối lượng mặt trời cạn kiệt nguồn nhiên liệu được sử dụng cho phản ứng tổng hợp hạt nhân tại lõi.Điều này dẫn đến lõi sao, có khối lượng gấp hơn 1,4 lần khối lượng mặt trời (được gọi là giới hạn Chandrasekhar), sụp đổ dưới lực hấp dẫn của chính nó.
Điều đó tạo ra sóng xung kích tràn ra ngoài vào lớp trên cùng của ngôi sao, gây ra một vụ nổ sao lớn phá hủy các lớp này và phần lớn khối lượng của ngôi sao đang chết. Vụ nổ này được gọi là siêu tân tinh sụp đổ lõi.
Điều này khiến lõi, một ngôi sao tiền neutron, trong quá trình trở thành tàn tích sao rộng 12 dặm (20 km) dày đặc đến mức nếu đưa đến Trái Đất, chỉ một thìa vật chất cấu thành của nó cũng nặng khoảng 10 triệu tấn.
Sự sụp đổ nhanh chóng của các lõi sao này đã cũng có những hậu quả khác. Giống như một vận động viên trượt băng co tay lại để tăng tốc độ quay, sự sụp đổ của các sao neutron có thể "quay" các vật thể này nhiều đến mức một số có thể quay tới 700 lần mỗi giây.
Ngoài ra, sự sụp đổ của lõi buộc các đường sức từ lại với nhau, do đó làm tăng cường độ của các sức từ của các ngôi sao đã chết.
Điều đó để lại một tàn dư sao cực kỳ dày đặc, quay nhanh, có từ tính cao được bao quanh bởi một lớp vỏ vật liệu bị loại bỏ.
Tuy nhiên, vật liệu này cuối cùng có thể quay trở lại điểm xuất phát của nó, khiến sao neutron trở nên cực đoan và bất thường hơn nữa.
"Các sao neutron được sinh ra trong các vụ nổ siêu tân tinh", Igoshev cho biết. "Hầu hết các lớp bên ngoài của một ngôi sao lớn bị loại bỏ trong quá trình siêu tân tinh, nhưng một số vật chất rơi trở lại, khiến sao neutron quay nhanh hơn".
Igoshev giải thích rằng các nghiên cứu trước đây đã chỉ ra rằng quá trình này đóng vai trò rất quan trọng trong việc hình thành từ trường thông qua cơ chế phát điện Tayler-Spruit.
Cơ chế phát điện Tayler-Spruit được cho là có thể chuyển đổi mômen động lượng của plasma rơi vào thành từ trường bên trong sao neutron. Điều này tương tự như cách các máy phát điện cơ học trên Trái Đất chuyển đổi năng lượng động thành năng lượng điện.
"Từ trường được hình thành thông qua cơ chế này rất phức tạp với một từ trường bên trong ngôi sao mạnh hơn nhiều so với từ trường bên ngoài", Igoshev cho biết.
Các bài viết liên quan:
— Một cách tiếp cận mới có thể giúp các nhà khoa học nhìn thấy bên trong một ngôi sao neutron
— 'Sự cố' của ngôi sao chết có thể tiết lộ nguồn gốc của các vụ nổ vô tuyến nhanh
— Ngôi sao neutron nặng nhất từng được quan sát đang xé nát bạn đồng hành của nó
Igoshev hiện có ý định thành lập một nhóm nghiên cứu mới tại Đại học Newcastle để tiếp tục điều tra về từ trường mạnh mẽ, phức tạp và bí ẩn của các ngôi sao neutron.
nghiên cứu của nhóm đã được công bố vào ngày 4 tháng 2 trên tạp chí Thiên văn học thiên nhiên.
