Sao neutron là tàn dư của những ngôi sao khổng lồ đã chết trong vụ nổ dữ dội được gọi là siêu tân tinh. Sau khi bộc phát như vậy, lõi của những ngôi sao trước đây thu gọn lại thành một vật thể cực lớn với khối lượng mặt trời chật cứng thành một quả bóng có kích thước của một thành phố.
Sao neutron hình thành như thế nào?
Các ngôi sao bình thường duy trì hình dạng hình cầu của chúng bởi vì trọng lực nặng nề của khối lượng khổng lồ của chúng cố gắng kéo khí của chúng về một điểm trung tâm, nhưng được cân bằng bởi năng lượng từ phản ứng tổng hợp hạt nhân trong lõi của chúng, tạo ra áp lực ra bên ngoài, theo NASA. Vào cuối đời, các ngôi sao lớn gấp bốn đến tám lần khối lượng mặt trời đốt cháy nhiên liệu sẵn có của chúng và các phản ứng hợp hạch bên trong của chúng chấm dứt. Các lớp bên ngoài của các ngôi sao nhanh chóng sụp đổ vào bên trong, bật ra khỏi lõi dày và sau đó nổ tung trở lại như một siêu tân tinh hung bạo.
Nhưng lõi dày đặc tiếp tục sụp đổ, tạo ra áp lực cao đến mức các proton và electron bị ép lại với nhau thành neutron, cũng như các hạt nhẹ gọi là neutrino thoát ra vũ trụ xa xôi. Kết quả cuối cùng là một ngôi sao có khối lượng 90% neutron, không thể bị nén chặt hơn, và do đó, sao neutron không thể phá vỡ thêm nữa.
Đặc điểm của một ngôi sao neutron
Các nhà thiên văn học lần đầu tiên đưa ra giả thuyết về sự tồn tại của những thực thể sao kỳ quái này vào những năm 1930, ngay sau khi neutron được phát hiện. Nhưng mãi đến năm 1967, các nhà khoa học mới có bằng chứng tốt về các sao neutron trong thực tế. Một sinh viên tốt nghiệp tên là Jocelyn Bell tại Đại học Cambridge ở Anh nhận thấy những xung lạ trong kính viễn vọng vô tuyến của cô, đến thường xuyên đến nỗi ban đầu cô nghĩ rằng chúng có thể là tín hiệu từ một nền văn minh ngoài hành tinh, theo Hiệp hội Vật lý Hoa Kỳ. Các mô hình hóa ra không phải là E.T. mà là bức xạ phát ra từ các sao neutron quay nhanh.
Siêu tân tinh tạo ra một ngôi sao neutron truyền năng lượng rất lớn cho vật thể nhỏ gọn, khiến nó quay trên trục của nó trong khoảng 0,1 đến 60 lần mỗi giây và lên tới 700 lần mỗi giây. Từ trường ghê gớm của những thực thể này tạo ra các cột bức xạ công suất cao, có thể quét qua Trái đất như các chùm hải đăng, tạo ra cái gọi là pulsar.
Các thuộc tính của sao neutron hoàn toàn nằm ngoài thế giới này - một muỗng cà phê vật chất sao neutron sẽ nặng hàng tỷ tấn. Nếu bạn bằng cách nào đó đứng trên bề mặt của chúng mà không chết, bạn sẽ trải nghiệm lực hấp dẫn mạnh gấp 2 tỷ lần so với những gì bạn cảm thấy trên Trái đất.
Từ trường của một ngôi sao neutron bình thường có thể mạnh hơn hàng nghìn tỷ lần so với Trái đất. Nhưng một số sao neutron thậm chí còn có từ trường cực đoan hơn, gấp một nghìn hoặc nhiều lần so với sao neutron trung bình. Điều này tạo ra một vật thể được gọi là từ tính.
Các trận động đất trên bề mặt của một nam châm - tương đương với các chuyển động của vỏ trái đất tạo ra động đất - có thể giải phóng một lượng năng lượng cực lớn. Trong một phần mười giây, một nam châm có thể tạo ra nhiều năng lượng hơn mặt trời đã phát ra trong 100.000 năm qua, theo NASA.
Nghiên cứu về sao neutron
Các nhà nghiên cứu đã cân nhắc sử dụng các xung neutron ổn định, giống như đồng hồ để hỗ trợ cho việc điều hướng tàu vũ trụ, giống như các chùm tia GPS giúp dẫn đường cho con người trên Trái đất. Một thí nghiệm trên Trạm vũ trụ quốc tế gọi là Trạm Explorer cho Timing X-ray và Navigation Công nghệ (sextant) đã có thể sử dụng tín hiệu từ pulsar để tính toán vị trí của ISS để trong vòng 10 dặm (16 km).
Nhưng vẫn còn rất nhiều điều cần được hiểu về các sao neutron. Ví dụ, vào năm 2019, các nhà thiên văn phát hiện một ngôi sao neutron lớn nhất từng thấy - với khoảng 2,14 lần khối lượng mặt trời của chúng ta đóng gói vào một lĩnh vực rất có thể khoảng 12,4 dặm (20 km) trên. Với kích thước này, vật thể chỉ ở giới hạn mà đáng lẽ nó đã sụp xuống một lỗ đen, vì vậy các nhà nghiên cứu đang kiểm tra nó một cách chặt chẽ để hiểu rõ hơn về vật lý kỳ lạ có khả năng đang giữ nó.
Các nhà nghiên cứu cũng đang đạt được các công cụ mới để nghiên cứu tốt hơn về động lực học sao neutron. Sử dụng Đài quan sát sóng hấp dẫn giao thoa kế laser (LIGO), các nhà vật lý đã có thể quan sát các sóng hấp dẫn phát ra khi hai ngôi sao neutron vòng tròn với nhau và sau đó va chạm. Những sự hợp nhất mạnh mẽ này có thể chịu trách nhiệm tạo ra nhiều kim loại quý mà chúng ta có trên Trái đất, bao gồm bạch kim và vàng, và các nguyên tố phóng xạ, như uranium.
