Sử dụng tàu vũ trụ Imaging X-ray Polarimetry Explorer (IXPE) của NASA, các nhà thiên văn học đã quan sát chi tiết một ngôi sao chết có từ tính cao hay còn gọi là "magnetar" khi nó nổi cơn thịnh nộ dữ dội.
Các quan sát này đánh dấu lần đầu tiên độ phân cực của tia X từ một sao từ, sao neutron sở hữu từ trường mạnh nhất trong vũ trụ đã biết, được đo trong một vụ bùng nổ hoặc "giai đoạn hoạt hóa".
Sao từ phun trào mà IXPE quan sát được gọi là 1E 1841-045, một sao neutron nằm cách Trái đất khoảng 28.000 năm ánh sáng trong đống đổ nát siêu tân tinh được gọi là Kes 73, khiến các nhà thiên văn học sửng sốt khi nó bùng nổ vào ngày 20 tháng 8 năm 2024.
"Đây là lần đầu tiên chúng tôi có thể quan sát được sự phân cực của một sao từ ở trạng thái hoạt động và điều này cho phép chúng tôi hạn chế các cơ chế và hình học phát xạ nằm sau các trạng thái hoạt động này", trưởng nhóm nghiên cứu kiêm nhà nghiên cứu Michela Rigoselli của Viện Vật lý thiên văn quốc gia (INAF) cho biết trong một tuyên bố.
"Giờ đây, việc quan sát 1E 1841-045 sau khi nó trở lại trạng thái tĩnh lặng để theo dõi sự tiến hóa của các đặc tính phân cực của nó sẽ rất thú vị".
Kết quả là, lõi của những ngôi sao khổng lồ này bị đè bẹp với tốc độ nhanh chóng, tạo ra sóng xung kích lan vào các lớp sao bên ngoài của ngôi sao, kích hoạt các vụ nổ siêu tân tinh lớn khiến phần lớn khối lượng của những ngôi sao này lao vào không gian, tạo ra các bãi đổ nát như Kes 73.
Những gì còn lại là lõi của ngôi sao, bị đè bẹp xuống với chiều rộng khoảng 12 dặm (20 km) nhưng có khối lượng gấp từ một đến hai lần khối lượng Mặt trời. Điều này dẫn đến việc vật chất lấp đầy sao neutron dày đặc đến mức nếu một thìa vật chất này được đưa đến Trái Đất, nó sẽ nặng 10 triệu tấn, tương đương với 85.000 con cá voi xanh trưởng thành.
Một hậu quả khác của sự sụp đổ của lõi sao tạo ra sao neutron là các đường sức từ của ngôi sao đó bị nén lại với nhau. Các đường sức từ càng gần nhau thì sức mạnh của sức từ càng lớn. Do đó, các sao neutron có sức từ mạnh nhất trong vũ trụ đã biết.
Các sao từ còn đưa sức từ lên mức cực đại, sở hữu sức từ mạnh hơn từ quyển của Trái Đất tới 1 nghìn tỷ lần. Môi trường từ trường xung quanh những ngôi sao này không giống bất kỳ thứ gì tìm thấy ở bất kỳ nơi nào khác trong vũ trụ và vượt xa bất kỳ thứ gì chúng ta có thể tạo ra trên Trái đất.
Các nhà thiên văn học có thể nhận được gợi ý về các từ trường này và môi trường xung quanh các sao từ bằng cách đo hướng có tổ chức hoặc "phân cực" của ánh sáng phát ra từ chúng.
Các sao từ và các hiện tượng xung quanh chúng trở nên cực đoan hơn khi chúng đang trong giai đoạn bùng nổ hoạt động. Trong các pha này, sao từ có thể giải phóng năng lượng gấp 1.000 lần năng lượng mà chúng giải phóng khi ở pha tĩnh.
Tuy nhiên, các nhà thiên văn học vẫn chưa hiểu rõ về cơ chế làm tăng sản lượng năng lượng này. Những quan sát như thế này có thể giúp thay đổi điều đó.
Câu chuyện liên quan:
— Điều gì xảy ra bên trong các sao neutron, vật thể dày đặc nhất được biết đến trong vũ trụ?
— Kính viễn vọng không gian James Webb phát hiện ra sự hợp nhất của các sao neutron tạo ra vàng trong vũ trụ: 'Thật ly kỳ'
— Các vụ nổ mạnh nhất trong vũ trụ có thể tiết lộ vàng đến từ đâu
Những gì nhóm nghiên cứu này phát hiện ra là tia X từ 1E 1841-045 ngày càng phân cực ở mức năng lượng cao hơn. Tuy nhiên, tia X vẫn giữ nguyên góc phân cực trong suốt quá trình tăng mức năng lượng này.
Họ lý luận rằng điều này có nghĩa là các thành phần đằng sau các bức xạ bằng cách nào đó được kết nối với nhau. Ngoài ra, thành phần năng lượng cao nhất, vốn khó nắm bắt và khó nghiên cứu nhất, chịu ảnh hưởng mạnh mẽ của từ trường của sao từ.
Nghiên cứu của nhóm đã được công bố vào thứ Tư (ngày 28 tháng 5) trên The Astrophysical Journal Letters.
Các quan sát này đánh dấu lần đầu tiên độ phân cực của tia X từ một sao từ, sao neutron sở hữu từ trường mạnh nhất trong vũ trụ đã biết, được đo trong một vụ bùng nổ hoặc "giai đoạn hoạt hóa".
Sao từ phun trào mà IXPE quan sát được gọi là 1E 1841-045, một sao neutron nằm cách Trái đất khoảng 28.000 năm ánh sáng trong đống đổ nát siêu tân tinh được gọi là Kes 73, khiến các nhà thiên văn học sửng sốt khi nó bùng nổ vào ngày 20 tháng 8 năm 2024.
"Đây là lần đầu tiên chúng tôi có thể quan sát được sự phân cực của một sao từ ở trạng thái hoạt động và điều này cho phép chúng tôi hạn chế các cơ chế và hình học phát xạ nằm sau các trạng thái hoạt động này", trưởng nhóm nghiên cứu kiêm nhà nghiên cứu Michela Rigoselli của Viện Vật lý thiên văn quốc gia (INAF) cho biết trong một tuyên bố.
"Giờ đây, việc quan sát 1E 1841-045 sau khi nó trở lại trạng thái tĩnh lặng để theo dõi sự tiến hóa của các đặc tính phân cực của nó sẽ rất thú vị".
Sao từ trở thành những ngôi sao cực đoan nhất của vũ trụ như thế nào
Giống như tất cả các sao neutron, sao từ bắt đầu khi sự sống của các ngôi sao có khối lượng gấp mười lần khối lượng Mặt trời hoặc lớn hơn hết nhiên liệu cho phản ứng tổng hợp hạt nhân. Điều này chấm dứt việc sản xuất áp suất bức xạ hướng ra ngoài chảy từ lõi của những ngôi sao này, trong hàng triệu năm, đã hỗ trợ chúng chống lại áp suất hướng vào trong của lực hấp dẫn của chính chúng.Kết quả là, lõi của những ngôi sao khổng lồ này bị đè bẹp với tốc độ nhanh chóng, tạo ra sóng xung kích lan vào các lớp sao bên ngoài của ngôi sao, kích hoạt các vụ nổ siêu tân tinh lớn khiến phần lớn khối lượng của những ngôi sao này lao vào không gian, tạo ra các bãi đổ nát như Kes 73.
Những gì còn lại là lõi của ngôi sao, bị đè bẹp xuống với chiều rộng khoảng 12 dặm (20 km) nhưng có khối lượng gấp từ một đến hai lần khối lượng Mặt trời. Điều này dẫn đến việc vật chất lấp đầy sao neutron dày đặc đến mức nếu một thìa vật chất này được đưa đến Trái Đất, nó sẽ nặng 10 triệu tấn, tương đương với 85.000 con cá voi xanh trưởng thành.
Một hậu quả khác của sự sụp đổ của lõi sao tạo ra sao neutron là các đường sức từ của ngôi sao đó bị nén lại với nhau. Các đường sức từ càng gần nhau thì sức mạnh của sức từ càng lớn. Do đó, các sao neutron có sức từ mạnh nhất trong vũ trụ đã biết.
Các sao từ còn đưa sức từ lên mức cực đại, sở hữu sức từ mạnh hơn từ quyển của Trái Đất tới 1 nghìn tỷ lần. Môi trường từ trường xung quanh những ngôi sao này không giống bất kỳ thứ gì tìm thấy ở bất kỳ nơi nào khác trong vũ trụ và vượt xa bất kỳ thứ gì chúng ta có thể tạo ra trên Trái đất.
Các nhà thiên văn học có thể nhận được gợi ý về các từ trường này và môi trường xung quanh các sao từ bằng cách đo hướng có tổ chức hoặc "phân cực" của ánh sáng phát ra từ chúng.
Các sao từ và các hiện tượng xung quanh chúng trở nên cực đoan hơn khi chúng đang trong giai đoạn bùng nổ hoạt động. Trong các pha này, sao từ có thể giải phóng năng lượng gấp 1.000 lần năng lượng mà chúng giải phóng khi ở pha tĩnh.
Tuy nhiên, các nhà thiên văn học vẫn chưa hiểu rõ về cơ chế làm tăng sản lượng năng lượng này. Những quan sát như thế này có thể giúp thay đổi điều đó.
Câu chuyện liên quan:
— Điều gì xảy ra bên trong các sao neutron, vật thể dày đặc nhất được biết đến trong vũ trụ?
— Kính viễn vọng không gian James Webb phát hiện ra sự hợp nhất của các sao neutron tạo ra vàng trong vũ trụ: 'Thật ly kỳ'
— Các vụ nổ mạnh nhất trong vũ trụ có thể tiết lộ vàng đến từ đâu
Những gì nhóm nghiên cứu này phát hiện ra là tia X từ 1E 1841-045 ngày càng phân cực ở mức năng lượng cao hơn. Tuy nhiên, tia X vẫn giữ nguyên góc phân cực trong suốt quá trình tăng mức năng lượng này.
Họ lý luận rằng điều này có nghĩa là các thành phần đằng sau các bức xạ bằng cách nào đó được kết nối với nhau. Ngoài ra, thành phần năng lượng cao nhất, vốn khó nắm bắt và khó nghiên cứu nhất, chịu ảnh hưởng mạnh mẽ của từ trường của sao từ.
Nghiên cứu của nhóm đã được công bố vào thứ Tư (ngày 28 tháng 5) trên The Astrophysical Journal Letters.
