Nghệ sĩ tái hiện một sự hợp nhất sao neutron nhị phân.
(Ảnh: © Quỹ khoa học quốc gia / LIGO / Đại học bang Sonoma / A. Simonnet)
HONOLULU - Lần thứ hai, Đài quan sát sóng hấp dẫn giao thoa kế tia laser (LIGO) đã phát hiện ra hai tàn dư sao siêu nhỏ được gọi là sao neutron va chạm mạnh. Các sóng hấp dẫn sự kiện dường như được tạo ra bởi các thực thể đặc biệt lớn thách thức các mô hình sao neutron của các nhà thiên văn học.
LIGO đã làm nên lịch sử hai năm rưỡi trước, khi đài quan sát phát hiện cặp sao neutron đầu tiên của nó - các vật thể có kích thước thành phố bị bỏ lại khi một ngôi sao khổng lồ chết - xoắn quanh nhau và sau đó hợp nhất. Khi các vật thể cực nặng xoắn ốc và đập vỡ theo cách này, chúng tạo ra những gợn sóng trong kết cấu không-thời gian, và LIGO được chế tạo đặc biệt để nhặt những thứ này.
Sự kiện mới được quan sát vào ngày 25 tháng 4 năm 2019, trong lần chạy quan sát thứ ba của LIGO, đang diễn ra. Nhóm LIGO xác định rằng tổng khối lượng của ngôi sao neutron cặp này gấp 3,4 lần so với mặt trời của Trái đất.
Kính thiên văn chưa bao giờ nhìn thấy cặp sao neutron có khối lượng kết hợp lớn hơn 2,9 lần so với mặt trời.
"Điều này rõ ràng nặng hơn bất kỳ cặp sao neutron nào khác từng thấy", Katerina Chatziioannou, nhà thiên văn học tại Viện Flatiron ở thành phố New York, cho biết trong cuộc họp báo hôm thứ Hai (6 tháng 1) tại cuộc họp lần thứ 235 của Thiên văn học Mỹ Xã hội ở Honolulu.
Các nhà nghiên cứu không thể loại trừ rằng các thực thể sáp nhập thực sự rất nhẹ lỗ đen hoặc một lỗ đen kết hợp với một ngôi sao neutron, cô nói thêm. Nhưng các lỗ đen có tầm vóc nhỏ như vậy cũng chưa từng được quan sát trước đây.
Tại sao các kính viễn vọng trước đó đã thất bại trong việc phát hiện các cặp sao neutron, khối lượng lớn này vẫn còn là một bí ẩn, Chatziioannou nói. Nhưng bây giờ các nhà thiên văn học biết rằng những con thú như vậy tồn tại, sẽ tùy thuộc vào các nhà lý thuyết để giải thích tại sao những vật thể này dường như chỉ xuất hiện trong các máy dò sóng hấp dẫn, cô nói. Một bài viết với những phát hiện của nhóm cô ấy được thiết lập để xuất hiện trong The Astrophysical Journal Letters.
Bất cứ khi nào LIGO cảm nhận được một phát hiện tiềm năng, đài quan sát sẽ gửi một cảnh báo tới cộng đồng thiên văn rộng lớn hơn và các nhà nghiên cứu đó ngay lập tức huấn luyện các kính viễn vọng có sẵn trên bầu trời mà các cơ sở xác định với hy vọng thu được một tia điện từ. Sau lần đầu tiên LIGO xác định sự hợp nhất của sao neutron, một chùm ánh sáng tia gamma nói với các nhà khoa học rằng sự hợp nhất xảy ra trong một thiên hà cũ cách Trái đất khoảng 130 triệu năm ánh sáng. Điều này đã mở ra một kỷ nguyên của thiên văn học đa phương tiện, trong đó các nhà nghiên cứu có quyền truy cập vào nhiều nguồn thông tin về các sự kiện thiên thể.
Nhưng sự kiện mới được phát hiện này dường như đã xảy ra mà không có vụ nổ có thể nhìn thấy đi kèm. Cho đến nay, không có đội nào khác tìm thấy một tia sáng phát ra cùng lúc với sự hợp nhất của sao neutron.
Một lý do cho điều này là bởi vì, trong số ba máy dò sóng hấp dẫn hoạt động trên thế giới, chỉ có một - cơ sở LIGO ở Livingston, Louisiana - có thể phát hiện ra sự kiện này. Các nhà nghiên cứu cho biết Hanford, Washington, đài thiên văn của LIGO tạm thời ngoại tuyến vào thời điểm đó, trong khi máy dò tìm Xử Nữ châu Âu, nằm gần Pisa, Ý, không đủ nhạy để bắt được sóng hấp dẫn mờ nhạt, các nhà nghiên cứu cho biết.
Mạng LIGO-Virgo thường sử dụng ba máy dò để kiểm tra lẫn nhau để đảm bảo một sự kiện là có thật và để tam giác và xác định chính xác sự kiện trên bầu trời. Vì vậy, chỉ với một cơ sở, điều tốt nhất mà các nhà khoa học có thể xác định là vụ sáp nhập đã xảy ra cách Trái đất hơn 500 triệu năm ánh sáng trong một khu vực bao phủ khoảng 1/5 bầu trời.
Tuy nhiên, ba cơ sở đã hoạt động đủ lâu để các nhà nghiên cứu có thể phân biệt chính xác giữa tín hiệu giả và tín hiệu thật, thậm chí chỉ với một máy dò. Nhóm nghiên cứu hiểu rõ nguồn gốc của tiếng ồn đến mức "tin chắc rằng đây là tín hiệu thực sự của nguồn gốc vật lý thiên văn", Chatziioannou nói.
Khi các ngôi sao neutron hợp nhất, chúng sụp đổ thành một lỗ đen, và vì vậy Chatziioannou cho rằng lỗ đen khổng lồ được tạo ra nhanh đến mức nó hút bất kỳ tia sáng đi ra nào, có khả năng giải thích việc thiếu một thành phần hữu hình. Một khả năng khác là bất kỳ luồng năng lượng nào chỉ đơn giản là hướng ra khỏi Trái đất khi nó bắn ra khỏi hệ thống, cô nói.
Các nhà thiên văn học sẽ tiếp tục nghiên cứu sự kiện này, cũng như các lần xuất hiện sóng hấp dẫn tiếp theo. Trong vài tuần nữa, một máy dò mới dự kiến sẽ xuất hiện trực tuyến tại Nhật Bản, giúp các nhà khoa học phát hiện và xác định chính xác hơn các sóng hấp dẫn.
- Phát hiện sóng hấp dẫn sử thi: Các nhà khoa học đã làm như thế nào
- "Kỷ nguyên mới" của vật lý thiên văn: Tại sao sóng hấp dẫn lại quan trọng đến vậy
- Lịch sử & Cấu trúc của Vũ trụ (Infographic)
