Vào tháng 8 năm 2017, một bước đột phá lớn khác đã xảy ra khi Đài quan sát sóng hấp dẫn giao thoa kế tia laser (LIGO) phát hiện ra sóng được cho là do sự hợp nhất của sao neutron. Ngay sau đó, các nhà khoa học tại LIGO, Virgo tiên tiến và Kính viễn vọng không gian tia gamma Fermi đã có thể xác định nơi nào trên bầu trời sự kiện này (được gọi là kilonova) xảy ra.
Nguồn này, được gọi là GW170817 / GRB, là mục tiêu của nhiều cuộc khảo sát tiếp theo vì người ta tin rằng sự hợp nhất có thể dẫn đến sự hình thành của một lỗ đen. Theo một nghiên cứu mới của một nhóm phân tích dữ liệu từ Đài quan sát tia X của NASA kể từ sự kiện này, các nhà khoa học giờ đây có thể nói chắc chắn hơn rằng vụ sáp nhập đã tạo ra một lỗ đen mới trong thiên hà của chúng ta.
Nghiên cứu có tiêu đề có tên là GW GW170817 có khả năng nhất đã tạo ra một lỗ đen, gần đây đã xuất hiện trong Tạp chí Vật lý thiên văn. Nghiên cứu được dẫn dắt bởi David Pooley, một giáo sư trợ lý vật lý và thiên văn học tại Đại học Trinity, San Antonio, và bao gồm các thành viên của Đại học Texas tại Austin, Đại học California, Berkeley, và Phòng thí nghiệm Đại học Nazarbayev ở Kazakhstan.
Vì mục đích nghiên cứu của họ, nhóm nghiên cứu đã phân tích dữ liệu tia X từ Chandra được thực hiện trong những ngày, tuần và tháng sau khi phát hiện ra sóng hấp dẫn của LIGO và tia gamma của sứ mệnh NASA Fermi. Trong khi gần như mọi kính viễn vọng trên thế giới đều quan sát được nguồn phát, dữ liệu tia X rất quan trọng để hiểu điều gì đã xảy ra sau khi hai ngôi sao neutron va chạm.
Trong khi một quan sát Chandra hai đến ba ngày sau khi sự kiện không phát hiện ra nguồn tia X, các quan sát tiếp theo được thực hiện trong 9, 15 và 16 ngày sau khi sự kiện dẫn đến việc phát hiện. Nguồn đã biến mất trong một thời gian khi GW170817 đi đằng sau Mặt trời, nhưng các quan sát bổ sung được thực hiện khoảng 110 và 160 ngày sau sự kiện, cả hai đều cho thấy sự sáng lên đáng kể.
Mặc dù dữ liệu LIGO cung cấp cho các nhà thiên văn học một ước tính tốt về khối lượng vật thể kết quả sau khi các sao neutron hợp nhất (2.7 Khối lượng mặt trời), nhưng điều này không đủ để xác định những gì nó đã trở thành. Về cơ bản, khối lượng này có nghĩa là nó là ngôi sao neutron lớn nhất từng được tìm thấy hoặc lỗ đen có khối lượng thấp nhất từng được tìm thấy (người giữ kỷ lục trước đó là bốn hoặc năm Khối lượng Mặt trời). Như Dave Pooley đã giải thích trong thông cáo báo chí của NASA / Chandra:
Trong khi các ngôi sao neutron và lỗ đen là bí ẩn, chúng tôi đã nghiên cứu nhiều trong số chúng trên khắp vũ trụ bằng cách sử dụng các kính viễn vọng như Chandra. Điều đó có nghĩa là chúng ta có cả dữ liệu và lý thuyết về cách chúng ta mong đợi những vật thể như vậy hoạt động trong tia X.
Nếu các sao neutron hợp nhất để tạo thành một sao neutron nặng hơn, thì các nhà thiên văn học sẽ mong đợi nó quay nhanh và tạo ra từ trường rất mạnh. Điều này cũng sẽ tạo ra một bong bóng các hạt năng lượng cao mở rộng dẫn đến phát xạ tia X sáng. Tuy nhiên, dữ liệu của Chandra tiết lộ lượng phát xạ tia X thấp hơn hàng trăm lần so với dự kiến từ một ngôi sao neutron khổng lồ, quay nhanh.
Bằng cách so sánh các quan sát của Chandra với các quan sát của Karl G. Jansky Very Large Array (VLA) của NSF, Pooley và nhóm của ông cũng có thể suy ra rằng phát xạ tia X hoàn toàn là do sóng xung kích gây ra bởi vụ sáp nhập đập vào xung quanh khí ga. Nói tóm lại, không có dấu hiệu của tia X phát ra từ một ngôi sao neutron.
Điều này ngụ ý mạnh mẽ rằng vật thể thu được trên thực tế là một lỗ đen. Nếu được xác nhận, những kết quả này sẽ chỉ ra rằng quá trình hình thành của lỗ đen đôi khi có thể phức tạp. Về cơ bản, GW170817 sẽ là kết quả của việc hai ngôi sao trải qua vụ nổ siêu tân tinh để lại hai ngôi sao neutron trong quỹ đạo đủ chặt mà cuối cùng chúng gặp nhau. Như Pawan Kumar đã giải thích:
Có thể chúng tôi đã trả lời một trong những câu hỏi cơ bản nhất về sự kiện rực rỡ này: nó đã làm gì? Các nhà thiên văn học từ lâu đã nghi ngờ rằng các vụ sáp nhập sao neutron sẽ tạo thành một lỗ đen và tạo ra các vụ nổ phóng xạ, nhưng chúng ta thiếu một trường hợp mạnh cho nó cho đến bây giờ.
Nhìn về phía trước, những tuyên bố mà Pooley và các đồng nghiệp đưa ra có thể được kiểm tra bằng các quan sát X-quang và radio trong tương lai. Các thiết bị thế hệ tiếp theo - như Array Kilometre vuông (SKA) hiện đang được chế tạo ở Nam Phi và Úc, và Kính viễn vọng tiên tiến ESA cho Vật lý thiên văn dị ứng cao (Athena +) - sẽ đặc biệt hữu ích trong vấn đề này.
Nếu phần còn lại hóa ra là một sao neutron khổng lồ có từ trường cực mạnh, thì nguồn đó sẽ sáng hơn nhiều trong các bước sóng tia X và sóng vô tuyến trong những năm tới khi bong bóng năng lượng cao bắt kịp với cú sốc giảm tốc làn sóng. Khi sóng xung kích suy yếu, các nhà thiên văn học hy vọng rằng nó sẽ tiếp tục trở nên mờ nhạt hơn so với khi được quan sát gần đây.
Bất kể, các quan sát trong tương lai của GW170817 chắc chắn sẽ cung cấp nhiều thông tin, theo J. Craig Wheeler, đồng tác giả của nghiên cứu cũng từ Đại học Texas. Ông GW170817 là sự kiện thiên văn không ngừng cống hiến, ông nói. Chúng tôi đang tìm hiểu rất nhiều về vật lý thiên văn của các vật thể dày đặc nhất được biết đến từ sự kiện này.
Nếu những quan sát tiếp theo phát hiện ra rằng một ngôi sao neutron nặng là kết quả của sự hợp nhất, thì phát hiện này sẽ thách thức các lý thuyết về cấu trúc của các sao neutron và mức độ chúng có thể nhận được. Mặt khác, nếu họ thấy rằng nó hình thành một lỗ đen nhỏ, thì nó sẽ thách thức các quan niệm của các nhà thiên văn học về giới hạn khối lượng thấp hơn của các lỗ đen. Đối với các nhà vật lý thiên văn, nó về cơ bản là một kịch bản cùng có lợi.
Như đồng tác giả Bruce Grossan của Đại học California tại Berkeley đã thêm:
Lúc bắt đầu sự nghiệp, các nhà thiên văn học chỉ có thể quan sát các sao neutron và lỗ đen trong thiên hà của chúng ta, và bây giờ chúng ta đang quan sát những ngôi sao kỳ lạ này trên khắp vũ trụ. Thật là một thời gian thú vị để được sống, để xem các nhạc cụ như LIGO và Chandra cho chúng ta thấy rất nhiều điều ly kỳ mà thiên nhiên đã cung cấp.
Thật vậy, nhìn xa hơn vào vũ trụ và quay ngược thời gian sâu hơn đã tiết lộ nhiều điều về Vũ trụ mà trước đây chưa biết. Và với các công cụ cải tiến đang được phát triển cho mục đích duy nhất là nghiên cứu các hiện tượng thiên văn một cách chi tiết hơn và ở khoảng cách xa hơn, dường như không có giới hạn cho những gì chúng ta có thể học. Và hãy chắc chắn xem video này về vụ sáp nhập GW170817, với sự cho phép của Đài quan sát tia X Chandra:
