Mô tả của một nghệ sĩ về các ngôi sao neutron chuẩn bị va chạm.
(Ảnh: © NASA / Goddard Space Flight Center)
Các nhà thiên văn học đang săn lùng tàn dư của va chạm sao neutron đã mang lại cho Trái đất những kim loại quý.
Khi nsao eutron hợp nhất, họ phun ra vô số các yếu tố tồn tại trong môi trường xung quanh và những vật liệu này trở thành một phần của các hệ mặt trời hình thành sau này. Bây giờ các nhà khoa học đang cố gắng tiếp cận sáp nhập đã gieo mầm hệ mặt trời của chúng ta bằng cách truy tìm các yếu tố được tạo ra bởi vật liệu phân rã ban đầu. Từ công việc đó, họ tin rằng vụ sáp nhập có trách nhiệm xảy ra 100 triệu năm trước và cách xa hệ mặt trời của chúng ta 1.000 năm ánh sáng.
"Nó rất gần", nhà khoa học hàng đầu của dự án, Szabolcs Marka, một nhà vật lý tại Đại học Columbia, nói với Space.com. "Nếu bạn nhìn lên bầu trời và bạn thấy một vụ sáp nhập sao neutron cách xa 1.000 năm ánh sáng, nó sẽ vượt qua toàn bộ bầu trời đêm."
Marka và đồng nghiệp Imre Bartos, nhà vật lý thiên văn tại Đại học Florida, đã sử dụng các thiên thạch từ buổi bình minh của hệ mặt trời để theo dõi vụ va chạm. Họ đã phân tích các đồng vị - hương vị của các nguyên tố có số lượng neutron khác nhau trong nguyên tử của chúng - trong các loại đá này.
Đầu tiên, họ tính toán số lượng đồng vị phóng xạ trong hệ mặt trời sơ khai; sau đó các nhà nghiên cứu đã so sánh các phép đo của họ với lượng đồng vị được tạo ra bởi ngôi sao neutron sáp nhập. Marka đã trình bày kết quả nghiên cứu của họ vào tháng 1 vào mùa đông cuộc họp của Hiệp hội Thiên văn Hoa Kỳ ở Honolulu
"Của chúng tôi" sáp nhập sao neutron
Các nguyên tố nặng của vũ trụ, như vàng, bạch kim và plutoni, hình thành khi neutron bắn phá các nguyên tử hiện có. Trong những va chạm như vậy, một neutron trung tính có thể phát ra một electron tích điện âm, trở thành một proton tích điện dương và thay đổi danh tính của nguyên tử.
Quá trình này, được gọi là bắt neutron nhanh, chỉ xảy ra trong các vụ nổ mạnh nhất, chẳng hạn như siêu tân tinh và sáp nhập sao neutron. Nhưng các nhà khoa học tiếp tục tranh luận về những sự kiện cực đoan nào chịu trách nhiệm cho phần lớn các nguyên tố nặng trong vũ trụ.
Vì vậy, Marka và Bartos đã chuyển sang các thiên thạch cổ đại trong nỗ lực tìm hiểu loại sự kiện nào có thể có gieo mầm hệ mặt trời. Bị nhốt bên trong những tảng đá từ hệ mặt trời trẻ là vật liệu phun ra từ vụ nổ, và mặc dù những nguyên tố ban đầu đó là phóng xạ và phân rã nhanh chóng, chúng vẫn để lại chữ ký về sự hiện diện trong quá khứ của chúng.
Và như Laser quan sát giao thoa kế sóng hấp dẫn (LIGO) bắt đầu xác định các vụ sáp nhập sao neutron tiềm năng, các nhà khoa học đang áp dụng các quan sát của mình để giúp xác định những người đóng góp nhiều khả năng nhất của vật chất được hình thành trong một vụ sáp nhập gần đó, thứ mà Marka gọi là "phù thủy của thiên hà", vật liệu phân rã từ từ đến hệ mặt trời.
Các nghiên cứu trước đây ước tính rằng một siêu tân tinh xảy ra trong Dải Ngân hà cứ sau 50 năm một lần. Các quan sát mới của LIGO cho thấy rằng các vụ sáp nhập sao neutron xảy ra ít thường xuyên hơn, cứ sau khoảng 100.000 năm một lần. Lượng các nguyên tố nặng trong hệ mặt trời cho thấy chúng đến từ một sáp nhập sao neutron gần đó, vì nguồn gốc siêu tân tinh sẽ mang lại nhiều vật liệu hơn.
Từ đó, cặp đôi đã dựa vào các đồng vị riêng lẻ để xác định vị trí và thời điểm xảy ra vụ sáp nhập sao neutron cục bộ của hệ mặt trời.
"Mỗi đồng vị là một đồng hồ bấm giờ bắt đầu từ vụ nổ", Marka nói. Bằng cách nghiên cứu bao nhiêu đồng vị còn lại khi vật liệu bị bắt giữ, anh ta có thể xác định được tuổi của vụ va chạm làm mưa rào hệ mặt trời. "Chỉ có một thời điểm khi tất cả họ đồng ý," ông nói. Thời điểm đó xảy ra khoảng 100 triệu năm trước hệ mặt trời hình thành, một cái chớp mắt trong thang thời gian thiên văn. Nhóm nghiên cứu cũng tính toán các ngôi sao va chạm cách nhau bao xa, khoảng cách 1.000 năm ánh sáng, dựa trên số lượng vật chất kết thúc trong hệ mặt trời.
Điều mà nhóm nghiên cứu không thể tìm ra là hướng mà các nguyên tố nặng này đi vào khu vực lân cận sẽ trở thành hệ mặt trời của chúng ta, một khám phá về mặt lý thuyết có thể cho phép các nhà khoa học xác định tàn dư của vụ va chạm. Vấn đề là mặt trời đã không ngồi yên trong 4,5 tỷ năm kể từ khi nó hình thành; thay vào đó, nó đã đi vòng quanh thiên hà.
Trên đường đi, nó đã bỏ lại phía sau những ngôi sao hình thành gần nó trong cùng một cụm, những ngôi sao mà các nhà thiên văn học đã săn lùng từ lâu trong vô vọng. Marka hy vọng rằng một ngày nào đó, các nhà thiên văn học sẽ tìm thấy những ngôi sao chị em đó và tàn dư của vụ sáp nhập sao neutron hình thành nên hệ mặt trời.
Theo Marka, phát hiện mới đánh gần nhà. "Mọi người thực sự đã khóc," anh nói, đề cập đến các thành viên trong đội của anh.
Ông nói rằng ông nghĩ rằng phản ứng cảm xúc mạnh mẽ nảy sinh vì sự hợp nhất ngôi sao neutron này không chỉ là một sự kiện xảy ra ngoài vũ trụ. Đó là một trong những đóng góp cho mỗi chúng ta, cá nhân.
"Đây không phải là bí truyền, nó là của chúng tôi", Marka nói. "Không phải chúng ta trong thiên hà mà là của chúng ta trong hệ mặt trời."
- Vụ va chạm sao neutron cho thấy nguồn gốc của vàng, các nhà thiên văn học cho biết
- Có phải một lỗ đen đã nuốt một ngôi sao neutron 900 triệu năm trước?
- Phát hiện đầu tiên về sóng hấp dẫn từ vụ va chạm sao neutron đánh dấu kỷ nguyên mới của thiên văn học
