Ngôi sao neutron “ngoại cỡ” thách thức lý thuyết lỗ đen

Ngôi sao neutron khổng lồ được tạo ra bởi sự hợp nhất của hai ngôi sao neutron nhỏ hơn. Thông thường những vụ va chạm như vậy dẫn đến các ngôi sao neutron lớn đến mức chúng sụp đổ thành một lỗ đen gần như ngay lập tức dưới lực hấp dẫn của chính mình. Nhưng những quan sát mới nhất cho thấy một ngôi sao neutron khổng lồ, sau khi hợp nhất từ hai sao nhỏ hơn, vẫn tồn tại trong hơn một ngày mà không biến thành lỗ đen.

Tiến sĩ Nuria Jordana-Mitjans, một nhà thiên văn học tại Đại học Bath, cho biết: “Một ngôi sao neutron khổng lồ thường không tồn tại lâu như vật, đó là một bí ẩn".

Các quan sát cũng đặt ra câu hỏi về nguồn gốc của các tia sáng năng lượng cao, được gọi là vụ nổ tia gamma (GRB), đi kèm với sự hợp nhất sao neutron. Những vụ nổ này - những sự kiện nhiều năng lượng nhất trong vũ trụ kể từ vụ nổ lớn - được nhiều người cho rằng được phóng ra từ các cực của lỗ đen mới hình thành. Nhưng trong trường hợp này, vụ nổ tia gamma quan sát được phát ra từ chính ngôi sao neutron, cho thấy rằng một quá trình hoàn toàn khác đang diễn ra.

Sao neutron là những ngôi sao nhỏ nhất, đặc nhất có thể tồn tại. Trọng lượng của chúng nằm giữa các ngôi sao thông thường và lỗ đen. Chúng rộng khoảng 12 dặm, và dày đặc đến mức một miếng nhỏ vật chất cũng sẽ có khối lượng 1 tỷ tấn. Chúng có lớp vỏ tạo thành từ neutron nguyên chất, cứng hơn thép 10 tỷ lần.

Giáo sư Carole Mundell, nhà thiên văn học tại Đại học Bath và đồng tác giả của quan sát mới cho biết: “Đó là những vật thể kỳ lạ".

Trong trường hợp này, Mundell nói, dường như có thứ gì đó đã ngăn ngôi sao neutron hoạt động theo đúng khối lượng của nó, hay nói cách khác là ngăn nó biến thành một lỗ đen. Một khả năng là ngôi sao quay rất nhanh và với từ trường khổng lồ đến nỗi sự sụp đổ của nó bị trì hoãn - gần giống như cách nước ở bên trong một cái xô đứng nghiêng trên thành nếu chiếc xô quay đủ nhanh.

Mundell nói: “Đây là lần đầu chúng ta quan sát được một ngôi sao neutron siêu lớn quay trong tự nhiên".

Quan sát bất ngờ được thực hiện từ Đài quan sát Neil Gehrels Swift của NASA, quay quanh quỹ đạo. Đầu tiên, đài quan sát này nhận ra một vụ nổ tia gamma đến từ một thiên hà cách chúng ta khoảng 10,6 tỷ năm ánh sáng. Một đài quan sát khác, Kính viễn vọng tự động Liverpool, nằm ở Quần đảo Canary, sau đó kiểm tra nguồn gốc vụ nổ. Cả hai quan sát này kết hợp lại đã tiết lộ những dấu hiệu của một ngôi sao neutron có từ tính cao, quay nhanh.

Các quan sát cũng cho thấy rằng bản thân ngôi sao neutron đã phóng ra vụ nổ tia gamma, chứ không phải vụ nổ xảy ra sau khi ngôi sao sụp đổ thành lỗ đen.

Mundell cho biết: “Chúng tôi rất vui mừng khi bắt được ánh sáng quang học rất sớm từ vụ nổ tia gamma ngắn này - điều mà hầu như không thể thực hiện được nếu không sử dụng kính thiên văn tự động".

Stefano Covino, nhà thiên văn học tại Đài quan sát thiên văn Brera ở Milan, người không tham gia vào nghiên cứu mới, cho biết: “Nhóm nghiên cứu đã tìm thấy bằng chứng về sự tồn tại của một ngôi sao neutron siêu ổn định, đây là một phát hiện thực sự quan trọng”.

Ông cho biết công trình này có thể cung cấp những hiểu biết mới về cấu trúc bên trong của các sao neutron, vốn được cho là có lõi làm từ một dạng vật chất kỳ lạ, và các nhà khoa học chưa hiểu rõ.

Các phát hiện được công bố trên Astrophysical Journal.

Nguồn: https://www.theguardian.com/science/2022/nov/10/overweight-neutron-star-defies-a-black-hole-theory-say-astronomers