Các sao từ được bao quanh bởi các từ trường mạnh nhất trong vũ trụ đã biết, nhưng những ngôi sao chết này cũng được bao quanh bởi rất nhiều điều bí ẩn. Và giờ đây, nhờ Kính viễn vọng không gian Hubble và đài quan sát Gaia, bí ẩn xung quanh một sao từ của Ngân Hà, được gọi là SGR 0501+4516, đã trở nên sâu sắc hơn.
Đó là vì các nhà thiên văn học đã phát hiện ra rằng sao từ này, một loại sao neutron đặc biệt có từ tính cao, thực ra không được sinh ra trong một siêu tân tinh gần đó như trước đây đã đưa ra giả thuyết. Được phát hiện thông qua các tia gamma nhấp nháy ở rìa Ngân Hà, được Đài quan sát Neil Gehrels Swift của NASA quan sát vào năm 2008, nơi sinh của SGR 0501+4516 và nguồn gốc của nó hiện vẫn chưa được biết đến. Trên thực tế, hiện nay sao từ Ngân Hà có nhiều khả năng khôngđược tạo ra trong vụ nổ siêu tân tinh.
"Sao từ là sao neutron — tàn tích đã chết của các ngôi sao, hoàn toàn được tạo thành từ neutron", trưởng nhóm Ashley Chrimes thuộc Trung tâm nghiên cứu và công nghệ không gian châu Âu (ESTEC) cho biết trong một tuyên bố. "Chúng rất nặng và đặc đến mức các electron và proton tạo nên nguyên tử đã bị nghiền nát thành neutron. Điều làm cho sao từ trở nên độc đáo là từ trường cực mạnh của chúng, mạnh hơn hàng tỷ lần so với các nam châm mạnh nhất mà chúng ta có trên Trái đất."
Khi trận chiến nội tại này đã diễn ra trong hàng tỷ năm kết thúc (với lực hấp dẫn chiến thắng), lõi của ngôi sao khổng lồ sụp đổ, tạo ra sóng xung kích nổ vào các lớp bên ngoài của nó. Điều này kích hoạt một siêu tân tinh "sụp đổ lõi" thổi bay các lớp bên ngoài này và phần lớn khối lượng của ngôi sao đang chết.
Kết quả là thứ từng là lõi sao trở thành tàn tích của sao với khối lượng của mặt trời bị nhồi nhét trong đường kính khoảng 12 dặm (20 km). Vật chất bên trong một ngôi sao như vậy rất dày đặc đến mức nếu một thìa vật chất đó được đưa đến Trái Đất, nó sẽ nặng hơn 1 tỷ tấn.
Do đó, không có gì ngạc nhiên khi các sao neutron thường được coi là những vật thể cực đoan nhất trong vũ trụ.
Trước đây, người ta cho rằng SGR 0501+4516 là tác dụng phụ của một siêu tân tinh có tên là HB9, vì hai siêu tân tinh này ở rất gần nhau bầu trời trên Trái Đất. Tuy nhiên, một thập kỷ điều tra bằng Kính viễn vọng Không gian Hubble đã đặt ra nghi ngờ về HB9 là nơi sinh ra sao từ này.
Gợi ý này đã được kính viễn vọng không gian theo dõi sao Gaia của Cơ quan Vũ trụ Châu Âu (ESA) phát hiện ra khi đang xây dựng bản đồ 3D chi tiết về 2 tỷ ngôi sao trong Ngân Hà. Điều này tiết lộ chuyển động tinh tế của SGR 0501+4516 trên bầu trời và quỹ đạo của sao từ trong hàng nghìn năm.
Phân tích sâu hơn đã xác nhận rằng nguồn gốc của SGR 0501+4516 không thể liên quan đến HB9 hoặc bất kỳ tàn dư siêu tân tinh nào khác.
Các nhà khoa học đã gợi ý rằng sao từ cũng có thể được tạo ra khi tàn dư sao lùn trắng va chạm. Nếu bạn nhớ lại, sao neutron là tàn dư sao còn lại khi các ngôi sao lớn chết. Ngược lại, sao lùn trắng là xác chết vũ trụ của những ngôi sao nhỏ hơn có khối lượng phù hợp hơn với khối lượng của mặt trời.
Sao lùn trắng cũng có thể tạo ra sao từ bằng cách xé vật liệu sao ra khỏi sao đôi đồng hành và kéo nó vào bề mặt của chúng. Nếu quá trình này đẩy sao lùn trắng ma cà rồng lên hơn 1,4 lần khối lượng của mặt trời — cái gọi là "giới hạn Chandrasekhar, hay giới hạn khối lượng mà siêu tân tinh có thể xảy ra — thì nó có thể phun trào thành siêu tân tinh hoặc trải qua "sự sụp đổ do bồi tụ".
Sao lùn trắng đi theo đường đi sau có thể tạo ra sao từ.
"Thông thường, kịch bản này dẫn đến sự bùng nổ của các phản ứng hạt nhân và sao lùn trắng phát nổ, không để lại gì phía sau. Nhưng có giả thuyết cho rằng trong một số điều kiện nhất định, sao lùn trắng có thể sụp đổ thành sao neutron", thành viên nhóm nghiên cứu Andrew Levan của Đại học Radboud và Đại học Warwick cho biết trong tuyên bố. "Chúng tôi nghĩ rằng đây có thể là cách SGR 0501 ra đời".
Câu chuyện liên quan:
— Ngôi sao chết có từ tính cao phát ra luồng năng lượng bí ẩn
— Một loại sao xung mới có thể giải thích cách các hệ thống 'góa phụ đen' bí ẩn tiến hóa
— Nghe bài hát của sao xung 'góa phụ đen' khi nó phá hủy bạn đồng hành
Điều này khiến SGR 0501+4516 trở thành ứng cử viên tốt nhất cho một sao từ trong Ngân Hà được tạo ra thông qua sự sụp đổ do sáp nhập hoặc bồi tụ. Nếu đúng như vậy, nghiên cứu SGR 0501 có thể giúp hiểu được câu đố về cái gọi là các vụ nổ vô tuyến nhanh, các vụ nổ năng lượng nhanh nhưng mạnh với nguồn gốc hiện chưa được giải thích.
"Tỷ lệ sinh và các kịch bản hình thành sao từ là một trong những câu hỏi cấp bách nhất trong vật lý thiên văn năng lượng cao, có ý nghĩa đối với nhiều sự kiện thoáng qua mạnh nhất của vũ trụ, chẳng hạn như vụ nổ tia gamma, siêu tân tinh siêu sáng và vụ nổ vô tuyến nhanh", thành viên nhóm nghiên cứu Nanda Rea thuộc Viện Khoa học Không gian cho biết trong tuyên bố.
Hiện tại, nhóm nghiên cứu có ý định nghiên cứu thêm các sao từ bằng Hubble để cố gắng giải mã nguồn gốc của chúng.
Nghiên cứu được công bố vào thứ Ba (ngày 15 tháng 4) trên tạp chí Thiên văn học & Vật lý thiên văn.
Đó là vì các nhà thiên văn học đã phát hiện ra rằng sao từ này, một loại sao neutron đặc biệt có từ tính cao, thực ra không được sinh ra trong một siêu tân tinh gần đó như trước đây đã đưa ra giả thuyết. Được phát hiện thông qua các tia gamma nhấp nháy ở rìa Ngân Hà, được Đài quan sát Neil Gehrels Swift của NASA quan sát vào năm 2008, nơi sinh của SGR 0501+4516 và nguồn gốc của nó hiện vẫn chưa được biết đến. Trên thực tế, hiện nay sao từ Ngân Hà có nhiều khả năng khôngđược tạo ra trong vụ nổ siêu tân tinh.
"Sao từ là sao neutron — tàn tích đã chết của các ngôi sao, hoàn toàn được tạo thành từ neutron", trưởng nhóm Ashley Chrimes thuộc Trung tâm nghiên cứu và công nghệ không gian châu Âu (ESTEC) cho biết trong một tuyên bố. "Chúng rất nặng và đặc đến mức các electron và proton tạo nên nguyên tử đã bị nghiền nát thành neutron. Điều làm cho sao từ trở nên độc đáo là từ trường cực mạnh của chúng, mạnh hơn hàng tỷ lần so với các nam châm mạnh nhất mà chúng ta có trên Trái đất."
HB9, ông không phải là cha!
Người ta thường cho rằng sao neutron được tạo ra khi các ngôi sao khổng lồ có khối lượng ít nhất gấp tám lần khối lượng mặt trời của chúng ta hết nhiên liệu cần thiết để duy trì phản ứng tổng hợp hạt nhân trong lõi của chúng. Điều đó có nghĩa là lực đẩy ra ngoài của áp suất bức xạ đã hỗ trợ các ngôi sao chống lại lực đẩy vào trong của lực hấp dẫn của chính chúng sẽ chấm dứt.Khi trận chiến nội tại này đã diễn ra trong hàng tỷ năm kết thúc (với lực hấp dẫn chiến thắng), lõi của ngôi sao khổng lồ sụp đổ, tạo ra sóng xung kích nổ vào các lớp bên ngoài của nó. Điều này kích hoạt một siêu tân tinh "sụp đổ lõi" thổi bay các lớp bên ngoài này và phần lớn khối lượng của ngôi sao đang chết.
Kết quả là thứ từng là lõi sao trở thành tàn tích của sao với khối lượng của mặt trời bị nhồi nhét trong đường kính khoảng 12 dặm (20 km). Vật chất bên trong một ngôi sao như vậy rất dày đặc đến mức nếu một thìa vật chất đó được đưa đến Trái Đất, nó sẽ nặng hơn 1 tỷ tấn.
Do đó, không có gì ngạc nhiên khi các sao neutron thường được coi là những vật thể cực đoan nhất trong vũ trụ.
Trước đây, người ta cho rằng SGR 0501+4516 là tác dụng phụ của một siêu tân tinh có tên là HB9, vì hai siêu tân tinh này ở rất gần nhau bầu trời trên Trái Đất. Tuy nhiên, một thập kỷ điều tra bằng Kính viễn vọng Không gian Hubble đã đặt ra nghi ngờ về HB9 là nơi sinh ra sao từ này.
Gợi ý này đã được kính viễn vọng không gian theo dõi sao Gaia của Cơ quan Vũ trụ Châu Âu (ESA) phát hiện ra khi đang xây dựng bản đồ 3D chi tiết về 2 tỷ ngôi sao trong Ngân Hà. Điều này tiết lộ chuyển động tinh tế của SGR 0501+4516 trên bầu trời và quỹ đạo của sao từ trong hàng nghìn năm.
Phân tích sâu hơn đã xác nhận rằng nguồn gốc của SGR 0501+4516 không thể liên quan đến HB9 hoặc bất kỳ tàn dư siêu tân tinh nào khác.
Câu chuyện về nguồn gốc của sao từ
Có hai lời giải thích có thể có về nguồn gốc của SGR 0501+4516: Hoặc là nó già hơn nhiều so với tuổi ước tính 20.000 năm của nó, nghĩa là nó di chuyển lâu hơn và do đó di chuyển ra xa tàn dư siêu tân tinh hơn, hoặc nó không được tạo ra trong siêu tân tinh sụp đổ lõi.Các nhà khoa học đã gợi ý rằng sao từ cũng có thể được tạo ra khi tàn dư sao lùn trắng va chạm. Nếu bạn nhớ lại, sao neutron là tàn dư sao còn lại khi các ngôi sao lớn chết. Ngược lại, sao lùn trắng là xác chết vũ trụ của những ngôi sao nhỏ hơn có khối lượng phù hợp hơn với khối lượng của mặt trời.
Sao lùn trắng cũng có thể tạo ra sao từ bằng cách xé vật liệu sao ra khỏi sao đôi đồng hành và kéo nó vào bề mặt của chúng. Nếu quá trình này đẩy sao lùn trắng ma cà rồng lên hơn 1,4 lần khối lượng của mặt trời — cái gọi là "giới hạn Chandrasekhar, hay giới hạn khối lượng mà siêu tân tinh có thể xảy ra — thì nó có thể phun trào thành siêu tân tinh hoặc trải qua "sự sụp đổ do bồi tụ".
Sao lùn trắng đi theo đường đi sau có thể tạo ra sao từ.
"Thông thường, kịch bản này dẫn đến sự bùng nổ của các phản ứng hạt nhân và sao lùn trắng phát nổ, không để lại gì phía sau. Nhưng có giả thuyết cho rằng trong một số điều kiện nhất định, sao lùn trắng có thể sụp đổ thành sao neutron", thành viên nhóm nghiên cứu Andrew Levan của Đại học Radboud và Đại học Warwick cho biết trong tuyên bố. "Chúng tôi nghĩ rằng đây có thể là cách SGR 0501 ra đời".
Câu chuyện liên quan:
— Ngôi sao chết có từ tính cao phát ra luồng năng lượng bí ẩn
— Một loại sao xung mới có thể giải thích cách các hệ thống 'góa phụ đen' bí ẩn tiến hóa
— Nghe bài hát của sao xung 'góa phụ đen' khi nó phá hủy bạn đồng hành
Điều này khiến SGR 0501+4516 trở thành ứng cử viên tốt nhất cho một sao từ trong Ngân Hà được tạo ra thông qua sự sụp đổ do sáp nhập hoặc bồi tụ. Nếu đúng như vậy, nghiên cứu SGR 0501 có thể giúp hiểu được câu đố về cái gọi là các vụ nổ vô tuyến nhanh, các vụ nổ năng lượng nhanh nhưng mạnh với nguồn gốc hiện chưa được giải thích.
"Tỷ lệ sinh và các kịch bản hình thành sao từ là một trong những câu hỏi cấp bách nhất trong vật lý thiên văn năng lượng cao, có ý nghĩa đối với nhiều sự kiện thoáng qua mạnh nhất của vũ trụ, chẳng hạn như vụ nổ tia gamma, siêu tân tinh siêu sáng và vụ nổ vô tuyến nhanh", thành viên nhóm nghiên cứu Nanda Rea thuộc Viện Khoa học Không gian cho biết trong tuyên bố.
Hiện tại, nhóm nghiên cứu có ý định nghiên cứu thêm các sao từ bằng Hubble để cố gắng giải mã nguồn gốc của chúng.
Nghiên cứu được công bố vào thứ Ba (ngày 15 tháng 4) trên tạp chí Thiên văn học & Vật lý thiên văn.
