Khi các ngôi sao đi đến cuối vòng đời, nhiều người sẽ thổi bay lớp ngoài của chúng trong một quá trình bùng nổ được gọi là siêu tân tinh. Mặc dù các nhà thiên văn học đã biết nhiều về hiện tượng này, nhờ các công cụ tinh vi có thể nghiên cứu chúng theo nhiều bước sóng, vẫn còn rất nhiều điều mà chúng ta không biết về siêu tân tinh và tàn dư của chúng.
Ví dụ, vẫn còn những câu hỏi chưa được giải đáp về các cơ chế tạo ra sóng xung kích từ siêu tân tinh. Tuy nhiên, một nhóm các nhà nghiên cứu quốc tế gần đây đã sử dụng dữ liệu thu được từ Đài thiên văn Chandra X-Ray của một siêu tân tinh gần đó (SN1987A) và các mô phỏng mới để đo nhiệt độ của các nguyên tử trong sóng xung kích.
Nghiên cứu có tiêu đề sốc Collisionless của các ion nặng trong SN 1987A, gần đây đã xuất hiện trên tạp chí khoa học Thiên nhiên. Nhóm nghiên cứu được dẫn dắt bởi Marco Miceli và Salvatore Orlando của Đại học Palermo, Ý và được tạo thành từ các thành viên của Viện Vật lý thiên văn Quốc gia (INAF), Viện Các vấn đề Ứng dụng trong Cơ học và Toán học, và Đại học Pennsylvania và Đại học Tây Bắc .
Vì lợi ích của nghiên cứu, nhóm nghiên cứu đã kết hợp các quan sát của Chandra về SN 1987A với các mô phỏng để đo nhiệt độ của các nguyên tử trong sóng xung kích siêu tân tinh. Khi làm như vậy, nhóm nghiên cứu đã xác nhận rằng nhiệt độ của các nguyên tử có liên quan đến trọng lượng nguyên tử của chúng, kết quả trả lời một câu hỏi lâu dài về sóng xung kích và các cơ chế cung cấp năng lượng cho chúng.
Như David Burrows, giáo sư thiên văn học và vật lý thiên văn tại bang Pennsylvania và là đồng tác giả của nghiên cứu, cho biết trong một thông cáo báo chí của bang Pennsylvania:
Vụ nổ Supernova và tàn dư của chúng cung cấp các phòng thí nghiệm vũ trụ cho phép chúng ta khám phá vật lý trong điều kiện khắc nghiệt không thể nhân đôi trên Trái đất. Các kính viễn vọng và thiết bị thiên văn hiện đại, cả trên mặt đất và trên không gian, đã cho phép chúng tôi thực hiện các nghiên cứu chi tiết về tàn dư siêu tân tinh trong thiên hà của chúng ta và các thiên hà gần đó. Chúng tôi đã thực hiện các quan sát thường xuyên về tàn dư siêu tân tinh SN1987A bằng cách sử dụng Đài quan sát tia X của NASA, Chandra, kính viễn vọng tia X tốt nhất trên thế giới, kể từ ngay sau khi Chandra được phóng vào năm 1999, và đã sử dụng mô phỏng để trả lời các câu hỏi lâu dài về sóng xung kích.
Khi các ngôi sao lớn hơn trải qua sự sụp đổ lực hấp dẫn, vụ nổ tạo ra sẽ đẩy vật chất ra ngoài với tốc độ lên tới một phần mười tốc độ ánh sáng, đẩy sóng xung kích vào khí liên sao xung quanh. Khi sóng xung kích gặp khí chuyển động chậm xung quanh ngôi sao, bạn có sóng xung kích trước mặt. Vùng chuyển tiếp này làm nóng khí lạnh đến hàng triệu độ và dẫn đến sự phát xạ của tia X có thể quan sát được.
Trong một thời gian, các nhà thiên văn học đã quan tâm đến khu vực này của sóng xung kích siêu tân tinh, vì nó đánh dấu sự chuyển đổi giữa lực nổ của một ngôi sao sắp chết và khí xung quanh. Như Burrows thích nó:
Sự chuyển đổi tương tự như một lần quan sát trong bồn rửa nhà bếp khi một dòng nước tốc độ cao chạm vào lưu vực bồn, chảy ra ngoài cho đến khi nó đột ngột nhảy lên cao và trở nên hỗn loạn. Mặt trận chấn động đã được nghiên cứu rộng rãi trong bầu khí quyển Trái đất, nơi chúng xảy ra trên một khu vực cực kỳ hẹp. Nhưng trong không gian, các chuyển động sốc là dần dần và có thể không ảnh hưởng đến các nguyên tử của tất cả các nguyên tố theo cùng một cách.
Bằng cách kiểm tra nhiệt độ của các yếu tố khác nhau đằng sau mặt trận sốc siêu tân tinh, các nhà thiên văn học hy vọng sẽ cải thiện sự hiểu biết của chúng ta về vật lý của quá trình sốc. Trong khi các yếu tố nhiệt độ của người được dự kiến sẽ tỷ lệ thuận với trọng lượng nguyên tử của họ, việc có được các phép đo chính xác là khó khăn. Không chỉ có các nghiên cứu trước đây dẫn đến kết quả mâu thuẫn, họ cũng đã thất bại trong việc đưa các yếu tố nặng vào phân tích của họ.
Để giải quyết vấn đề này, nhóm nghiên cứu đã tìm kiếm Supernova SN1987A, nằm trong Đám mây Magellan Lớn và lần đầu tiên xuất hiện vào năm 1987. Nó cũng là siêu tân tinh đầu tiên có thể nhìn thấy bằng mắt thường kể từ Siêu tân tinh của Kepler (1604), đó là đầu tiên được nghiên cứu trong tất cả các bước sóng ánh sáng (từ sóng vô tuyến đến tia X và sóng gamma) bằng kính viễn vọng hiện đại.
Trong khi các mô hình trước đây của SN 1987A thường dựa vào các quan sát đơn lẻ, nhóm nghiên cứu đã sử dụng mô phỏng số ba chiều để cho thấy sự tiến hóa của siêu tân tinh. Sau đó, họ so sánh chúng với các quan sát tia X do Chandra cung cấp để đo chính xác nhiệt độ nguyên tử, điều này khẳng định sự mong đợi của họ.
Bây giờ chúng ta có thể đo chính xác nhiệt độ của các nguyên tố nặng như silicon và sắt, và đã cho thấy rằng chúng thực sự tuân theo mối quan hệ rằng nhiệt độ của mỗi nguyên tố tỷ lệ thuận với trọng lượng nguyên tử của nguyên tố đó, ông Burrows nói. Kết quả này giải quyết một vấn đề quan trọng trong sự hiểu biết về sóng xung kích thiên văn và cải thiện sự hiểu biết của chúng ta về quá trình sốc.
Nghiên cứu mới nhất này đại diện cho một bước tiến quan trọng đối với các nhà thiên văn học, đưa họ đến gần hơn với sự hiểu biết về cơ học của siêu tân tinh. Bằng cách mở khóa những bí mật của họ, chúng ta sẽ tìm hiểu thêm về một quá trình cơ bản cho sự tiến hóa vũ trụ, đó là cách cái chết của các ngôi sao tác động đến Vũ trụ xung quanh.
