Chú thích: Ấn tượng nghệ sĩ của ESA về việc tích hợp đài quan sát tia gamma. Tín dụng hình ảnh: ESA
Integral, Phòng thí nghiệm vật lý thiên văn Gamma-Ray quốc tế ESA đã ra mắt mười năm trước trong tuần này. Đây là thời điểm tốt để nhìn lại một số điểm nổi bật của nhiệm vụ trong thập kỷ đầu tiên và hướng tới tương lai của nó, để nghiên cứu chi tiết về đài quan sát tia gamma nhạy cảm, chính xác và tiên tiến nhất từng được đưa ra. Nhưng nhiệm vụ cũng đã có một số nghiên cứu thú vị gần đây về tàn dư siêu tân tinh.
Integral là một sứ mệnh quốc tế thực sự với sự tham gia của tất cả các quốc gia thành viên ESA và Hoa Kỳ, Nga, Cộng hòa Séc và Ba Lan. Nó được phóng từ Baikonur, Kazakhstan vào ngày 17 tháng 10 năm 2002. Đây là đài quan sát không gian đầu tiên quan sát đồng thời các vật thể trong tia gamma, tia X và ánh sáng khả kiến. Các tia gamma từ không gian chỉ có thể được phát hiện trên bầu khí quyển của Trái đất, do đó, Integral sẽ quay quanh Trái đất theo quỹ đạo hình elip cao ba ngày một lần, dành phần lớn thời gian ở độ cao hơn 60 000 km - bên ngoài vành đai bức xạ của Trái đất, để tránh nhiễu từ hiệu ứng bức xạ nền. Nó có thể phát hiện bức xạ từ các sự kiện ở xa và từ các quá trình định hình Vũ trụ. Mục tiêu chính của nó là vụ nổ tia gamma, vụ nổ siêu tân tinh và các khu vực trong Vũ trụ được cho là có chứa các lỗ đen.
Cao 5 mét và nặng hơn 4 tấn Integral có hai phần chính. Mô-đun dịch vụ là phần dưới của vệ tinh chứa tất cả các hệ thống con tàu vũ trụ, được yêu cầu để hỗ trợ sứ mệnh: các hệ thống vệ tinh, bao gồm phát điện mặt trời, điều hòa và điều khiển năng lượng, xử lý dữ liệu, viễn thông và điều khiển nhiệt độ và quỹ đạo. Mô-đun tải trọng được gắn trên mô-đun dịch vụ và mang các dụng cụ khoa học. Nó nặng 2 tấn, khiến nó trở thành nặng nhất từng được đưa vào quỹ đạo bởi ESA, do các máy dò tìm diện tích lớn cần thiết để thu các tia gamma thưa thớt và xuyên thấu và che chắn các máy dò khỏi bức xạ nền để làm cho chúng nhạy cảm. Có hai dụng cụ chính phát hiện tia gamma. Một hình ảnh tạo ra một số hình ảnh tia gamma sắc nét nhất và máy quang phổ kế đo năng lượng tia gamma rất chính xác. Hai dụng cụ khác, màn hình tia X và camera quang học, giúp xác định nguồn phát tia gamma.
Trong nhiệm vụ kéo dài mười năm, Integral đã lập biểu đồ chi tiết về khu vực trung tâm của Dải Ngân hà của chúng ta, Dải ngân hà, giàu nguồn tia X và tia gamma năng lượng cao khác nhau. Tàu vũ trụ đã lần đầu tiên lập bản đồ, toàn bộ bầu trời với năng lượng cụ thể được tạo ra bởi sự hủy diệt các electron với các hạt chống positron của chúng. Theo phát xạ tia gamma mà Integral nhìn thấy, khoảng 15 triệu nghìn tỷ nghìn tỷ nghìn tỷ cặp electron và positron đang bị hủy diệt mỗi giây gần Trung tâm Thiên hà, tức là gấp hơn sáu nghìn lần độ sáng của Mặt trời của chúng ta.
Một nhị phân lỗ đen, Cygnus X-1, hiện đang trong quá trình xé toạc một ngôi sao đồng hành thành từng mảnh và gặm nhấm khí của nó. Nghiên cứu vật chất cực kỳ nóng này chỉ một phần nghìn giây trước khi nó rơi vào hàm của lỗ đen, Integral đã phát hiện ra rằng một số trong đó có thể thoát ra dọc theo các đường sức từ có cấu trúc. Bằng cách nghiên cứu sự liên kết của các sóng bức xạ năng lượng cao có nguồn gốc từ Tinh vân Con cua, Integral nhận thấy rằng bức xạ được liên kết mạnh với trục quay của pulsar. Điều này ngụ ý rằng một phần đáng kể của các hạt tạo ra bức xạ cường độ cao phải bắt nguồn từ một cấu trúc cực kỳ có tổ chức rất gần với pulsar, thậm chí có thể trực tiếp từ các tia cực mạnh phát ra từ lõi sao quay tròn.
Mới hôm nay ESA đã báo cáo rằng Integral đã thực hiện phát hiện trực tiếp đầu tiên về titan phóng xạ liên quan đến tàn dư siêu tân tinh 1987A. Supernova 1987A, nằm trong Đám mây Magellan Lớn, đủ gần để có thể nhìn thấy bằng mắt thường vào tháng 2 năm 1987, khi ánh sáng của nó lần đầu tiên chạm tới Trái đất. Siêu tân tinh có thể tỏa sáng rực rỡ như toàn bộ các thiên hà trong một thời gian ngắn do lượng năng lượng khổng lồ được giải phóng trong vụ nổ, nhưng sau khi tia sáng ban đầu mờ dần, tổng độ sáng đến từ sự phân rã tự nhiên của các nguyên tố phóng xạ được tạo ra trong vụ nổ. Sự phân rã phóng xạ có thể đã cung cấp năng lượng cho tàn dư phát sáng xung quanh Supernova 1987A trong 20 năm qua.
Trong thời kỳ cực đại của các nguyên tố nổ từ oxy đến canxi đã được phát hiện, đại diện cho các lớp bên ngoài của ejecta. Ngay sau đó, chữ ký của vật liệu từ các lớp bên trong có thể được nhìn thấy trong sự phân rã phóng xạ của niken-56 đến coban-56, và sau đó phân rã thành sắt-56. Giờ đây, sau hơn 1000 giờ quan sát bằng Integral, lần đầu tiên tia X năng lượng cao từ chất phóng xạ titan-44 trong tàn dư siêu tân tinh 1987A đã được phát hiện lần đầu tiên. Người ta ước tính rằng tổng khối lượng titan-44 được sản xuất ngay sau sự sụp đổ lõi của ngôi sao tiên tri SN1987A, chiếm tới 0,03% khối lượng Mặt trời của chúng ta. Con số này gần với giới hạn trên của các dự đoán lý thuyết và gần gấp đôi số lượng nhìn thấy trong tàn dư siêu tân tinh Cas A, tàn dư duy nhất khác nơi phát hiện titan-44. Người ta cho rằng cả Cas A và SN1987A có thể là trường hợp ngoại lệ
Christoph Winkler, Nhà khoa học Dự án tích hợp ESA cho biết Khoa học tương lai với Integral có thể bao gồm đặc tính của bức xạ năng lượng cao từ vụ nổ siêu tân tinh trong Dải ngân hà của chúng ta, một sự kiện đã quá hạn.
Tìm hiểu thêm về Tích phân tại đây
và về nghiên cứu tích hợp của Supernova 1987A tại đây
