Supernovas là một số sự kiện mạnh mẽ và mạnh mẽ nhất trong Vũ trụ quan sát được. Và trong khi chúng ta biết các siêu tân tinh chịu trách nhiệm tạo ra các yếu tố nặng cần thiết cho mọi thứ từ hành tinh đến con người đến các công cụ quyền lực, các nhà khoa học từ lâu đã phải vật lộn để xác định cơ học đằng sau sự sụp đổ bất ngờ và vụ nổ lớn của các ngôi sao lớn.
Bây giờ, nhờ vào nhiệm vụ NuSTAR của NASA, chúng tôi có manh mối đầu tiên về những gì xảy ra trước khi một ngôi sao đi bùng nổ.
Hình ảnh trên cho thấy tàn dư siêu tân tinh Cassiopeia A (hay viết tắt là Cas A) với dữ liệu NuSTAR màu xanh lam và các quan sát từ Đài quan sát tia X Chandra có màu đỏ, xanh lá cây và vàng. Nó có sóng xung kích còn sót lại sau vụ nổ của một ngôi sao nặng gấp khoảng 15 đến 25 lần so với Mặt trời của chúng ta hơn 330 năm trước * và nó phát sáng theo các bước sóng ánh sáng khác nhau tùy thuộc vào nhiệt độ và loại nguyên tố có mặt.
Những quan sát trước đây với Chandra đã tiết lộ lượng phát xạ tia X từ việc mở rộng vỏ và sợi khí giàu sắt nóng trong Cas A, nhưng họ không thể nhìn sâu đủ để hiểu rõ hơn về những gì bên trong cấu trúc. Đó là Mảng cho đến khi Kính viễn vọng quang phổ hạt nhân của NASA - mà NuSTAR đó cho những người biết - đã chuyển tầm nhìn tia X của nó lên Cas A rằng các mảnh ghép còn thiếu có thể được tìm thấy.
Và họ làm bằng titan phóng xạ.
Nhiều mô hình đã được thực hiện (sử dụng hàng triệu giờ thời gian siêu máy tính) để cố gắng giải thích các siêu tân tinh sụp đổ lõi. Một trong những ngôi sao hàng đầu có ngôi sao bị xé toạc bởi những tia nước mạnh bắn ra từ hai cực của nó - thứ mà liên quan đến vụ nổ tia gamma mạnh hơn (nhưng tập trung). Nhưng nó đã không xuất hiện rằng máy bay phản lực là nguyên nhân của Cas A, mà không phải là phần tử trưng bày nguyên tố trong cấu trúc máy bay phản lực của nó và bên cạnh đó, các mô hình chỉ dựa vào máy bay phản lực đã luôn tạo ra một siêu tân tinh hoàn toàn.
Hóa ra, sự hiện diện của các khối titan phóng xạ không đối xứng nằm sâu trong lớp vỏ của Cas A, được tiết lộ trong các tia X năng lượng cao của NuSTAR, chỉ ra một quá trình khác biệt đáng ngạc nhiên: ngôi sao khởi động sóng xung kích, cuối cùng xé nó ra.
Xem hoạt hình về quá trình này xảy ra như thế nào:
Sự trượt dốc, xảy ra trong một khoảng thời gian chỉ vài trăm mili giây - nghĩa đen chỉ trong chớp mắt - được ví như nước sôi trên bếp lò. Khi bong bóng vỡ qua bề mặt, hơi nước phun trào.
Chỉ trong trường hợp này, vụ phun trào dẫn đến sự phát nổ cực mạnh của toàn bộ một ngôi sao, làm nổ một sóng xung kích của các hạt năng lượng cao vào môi trường liên sao và phân tán một nhóm các nguyên tố nặng định kỳ vào thiên hà.
Trong trường hợp của Cas A, titan-44 đã bị đẩy ra, trong các cụm có tiếng vang hình dạng của sự bất đối xứng trượt ban đầu. NuSTAR đã có thể chụp ảnh và lập bản đồ titan, phát sáng bằng tia X vì tính phóng xạ của nó (chứ không phải vì nó được nung nóng bằng cách mở rộng sóng xung kích, giống như các yếu tố nhẹ hơn khác có thể nhìn thấy với Chandra.)
Cho đến khi chúng tôi có NuSTAR, chúng tôi không thể nhìn thấy cốt lõi của vụ nổ, ông nói, nhà thiên văn học Caltech Brian Grefenstette trong buổi hội thảo từ xa của NASA vào ngày 19 tháng 2.
Trước đây, thật khó để diễn giải những gì đang diễn ra ở Cas A bởi vì vật liệu mà chúng ta có thể nhìn thấy chỉ phát sáng trong tia X khi nó nóng lên. Bây giờ chúng ta có thể thấy chất phóng xạ, phát ra tia X bất kể là gì, chúng ta đang có một bức tranh đầy đủ hơn về những gì đang diễn ra ở lõi của vụ nổ.
- Brian Grefenstette, tác giả chính, Caltech
Được rồi, rất tuyệt, bạn nói. NASA MC NuSTAR đã tìm thấy ánh sáng titan trong phần còn lại của một ngôi sao đang nổ tung, Chandra nhìn thấy một số sắt, và chúng ta biết rằng nó đã bị phá hủy và ‘đun sôi một phần giây trước khi nó phát nổ. Vậy thì sao?
Bây giờ bạn nên quan tâm đến vấn đề này, nhà thiên văn học Robert Kirshner của Trung tâm vật lý thiên văn Harvard-Smithsonian cho biết. Siêu Supernovae tạo ra các nguyên tố hóa học, vì vậy nếu bạn mua một chiếc xe hơi của Mỹ, nó đã được sản xuất tại Detroit hai năm trước; các nguyên tử sắt trong thép đó được sản xuất trong vụ nổ siêu tân tinh cổ đại diễn ra cách đây năm tỷ năm. Và NuSTAR cho thấy rằng titan mà hông trong hông Jack Jack thay thế của bạn cũng được tạo ra trong vụ nổ đó.
Tất cả chúng tôi đều là những ngôi sao sáng giá và NuSTAR đang cho chúng tôi thấy chúng tôi đến từ đâu. Bao gồm các bộ phận thay thế của chúng tôi. Vì vậy, bạn nên quan tâm đến điều này và chú Jack của bạn cũng vậy.
Và nó không chỉ là các siêu tân tinh sụp đổ mà NuSTAR sẽ có thể điều tra. Các loại siêu tân tinh khác cũng sẽ được xem xét kỹ lưỡng - trong trường hợp SN2014J, Loại Ia được phát hiện ở M82 vào tháng 1, ngay cả sau khi chúng xảy ra.
Chúng tôi biết rằng đó là một loại sao lùn trắng phát nổ, điều tra viên chính của Nu NuAR Fiona Harrison đã trả lời Tạp chí Vũ trụ trong buổi hội thảo. Đây là một tin tức rất thú vị, NuSTAR đã xem xét [SN2014J] trong nhiều tuần và chúng tôi hy vọng có thể nói điều gì đó về vụ nổ đó.
Một trong những thành tựu có giá trị nhất của những phát hiện gần đây của NuSTAR là có một loạt các ràng buộc quan sát mới được đặt trên các mô hình siêu tân tinh sụp đổ trong tương lai sẽ giúp đưa ra câu trả lời - và có thể là những câu hỏi mới - về cách các ngôi sao nổ tung, thậm chí hàng trăm hoặc hàng ngàn của năm sau khi họ làm.
Kirshner nói rằng, NuSTAR là khoa học tiên phong và bạn phải hy vọng rằng khi bạn nhận được kết quả mới, nó sẽ mở ra nhiều câu hỏi như bạn trả lời, Kirshner nói.
Ra mắt vào tháng 6 năm 2012, NuSTAR là kính viễn vọng tia X cứng tập trung đầu tiên quay quanh Trái đất và là kính viễn vọng đầu tiên có khả năng tạo ra bản đồ các nguyên tố phóng xạ trong tàn dư siêu tân tinh.
Đọc thêm về bản tin JPL tại đây và nghe cuộc họp báo đầy đủ ở đây.
* Vì Cas A nằm cách Trái đất 11.000 năm ánh sáng, ngày thực sự của siêu tân tinh sẽ vào khoảng 11.330 năm trước. Cho hoặc lấy một ít.
