Trong gần một thế kỷ, các nhà thiên văn học đã nghiên cứu siêu tân tinh rất quan tâm. Những sự kiện kỳ diệu này là những gì diễn ra khi một ngôi sao bước vào giai đoạn cuối cùng của tuổi thọ và sụp đổ, hoặc bị tước đi bởi một ngôi sao đồng hành của các lớp bên ngoài của nó đến điểm mà nó trải qua sự sụp đổ lõi. Trong cả hai trường hợp, sự kiện này thường dẫn đến việc phát hành khối lượng lớn vật chất gấp vài lần khối lượng Mặt trời của chúng ta.
Tuy nhiên, một nhóm các nhà khoa học quốc tế gần đây đã chứng kiến một siêu tân tinh mờ nhạt và đáng ngạc nhiên. Quan sát của họ chỉ ra rằng siêu tân tinh được gây ra bởi một người bạn đồng hành vô hình, có khả năng là một ngôi sao neutron tước đi vật chất đồng hành của nó, khiến nó sụp đổ và đi siêu tân tinh. Do đó, đây là lần đầu tiên các nhà khoa học chứng kiến sự ra đời của hệ thống nhị phân sao neutron nhỏ gọn.
Nghiên cứu mang tên siêu tân tinh nóng và nhanh có khả năng hình thành một sao nhị phân sao neutron nhỏ gọn, gần đây đã xuất hiện trên tạp chí Khoa học. Nghiên cứu được dẫn dắt bởi Kishalay De, một sinh viên tốt nghiệp từ Khoa Vật lý thiên văn của Caltech, và bao gồm các thành viên từ Trung tâm Hàng không Vũ trụ Goddard của NASA và Phòng thí nghiệm Động cơ phản lực, Viện Khoa học Weizmann, Viện Vật lý Thiên văn Max Planck, Phòng thí nghiệm Vật lý Quốc gia Lawrence Berkeley và nhiều trường đại học và đài quan sát
Nghiên cứu của nhóm nghiên cứu được thực hiện chủ yếu trong phòng thí nghiệm của Mansi Kasliwal, trợ lý giáo sư thiên văn học tại Caltech và là đồng tác giả của nghiên cứu. Cô cũng là nhà điều tra chính của dự án Rơle quan sát toàn cầu do Caltech dẫn đầu (GROWTH), một sự hợp tác thiên văn học quốc tế tập trung vào nghiên cứu vật lý của các sự kiện thoáng qua (ngắn ngủi) - ví dụ như siêu tân tinh, sao neutron, đen sáp nhập lỗ, và các tiểu hành tinh gần trái đất.
Để nghiên cứu, nhóm nghiên cứu đã quan sát sự kiện siêu tân tinh được gọi là iPTF 14gqr, xuất hiện ở vùng ngoại ô của một thiên hà xoắn ốc cách Trái đất khoảng 920 triệu năm ánh sáng. Trong quá trình quan sát, họ nhận thấy rằng siêu tân tinh dẫn đến việc giải phóng một lượng vật chất tương đối khiêm tốn - khoảng một phần năm khối lượng của Mặt trời. Điều này khá bất ngờ, vì Kasliwali đã chỉ ra trong một thông cáo báo chí gần đây của Caltech:
Chúng tôi đã thấy sự sụp đổ của ngôi sao khổng lồ này, nhưng chúng tôi thấy khối lượng nhỏ bị đẩy ra đáng kể. Chúng tôi gọi đây là siêu tân tinh có vỏ siêu mỏng và từ lâu đã dự đoán rằng chúng tồn tại. Đây là lần đầu tiên chúng ta chứng kiến sự sụp đổ cốt lõi của một ngôi sao to lớn mà không có vật chất.
Sự kiện này là bất thường bởi vì, để các ngôi sao sụp đổ, lõi của chúng cần phải được bao bọc bởi một lượng lớn vật liệu trước đó. Điều này đặt ra câu hỏi về việc các ngôi sao mất tích có thể đã đi đâu. Dựa trên những quan sát của họ, họ đã xác định rằng một người bạn đồng hành nhỏ gọn (sao lùn trắng hoặc sao neutron) phải rút nó ra theo thời gian.
Kịch bản này là những gì dẫn đến siêu tân tinh loại I, xảy ra trong hệ nhị phân bao gồm một ngôi sao neutron và một người khổng lồ đỏ. Trong trường hợp này, nhóm nghiên cứu không thể phát hiện ra người bạn đồng hành của sao neutron, nhưng lý do rằng nó phải hình thành trên quỹ đạo với ngôi sao kia, do đó hình thành hệ nhị phân ban đầu. Trên thực tế, điều này có nghĩa là bằng cách quan sát iPTF 14gqr, nhóm nghiên cứu đã chứng kiến sự ra đời của một hệ nhị phân được tạo thành từ hai ngôi sao neutron nhỏ gọn.
Hơn nữa, thực tế là hai ngôi sao neutron này rất gần nhau có nghĩa là cuối cùng chúng sẽ hợp nhất trong một sự kiện tương tự như sự kiện diễn ra vào năm 2017. Được biết đến với tên gọi sự kiện Kilonova, sự hợp nhất này là sự kiện vũ trụ đầu tiên xem trong cả sóng hấp dẫn và điện từ. Các quan sát tiếp theo cũng chỉ ra rằng việc sáp nhập có khả năng dẫn đến sự hình thành của một lỗ đen.
Điều này tạo ra cơ hội cho các cuộc khảo sát trong tương lai, họ sẽ theo dõi iPTF 14gqr để xem liệu một sự kiện kilonova khác có kết quả và tạo ra một lỗ đen khác hay không. Trên hết, thực tế là nhóm có thể quan sát sự kiện này khá may mắn, vì những hiện tượng này đều hiếm gặp (chỉ chiếm 1% các sự kiện siêu tân tinh) và tồn tại trong thời gian ngắn. Như De đã giải thích:
Bạn cần các cuộc khảo sát thoáng qua nhanh chóng và một mạng lưới các nhà thiên văn học phối hợp tốt trên toàn thế giới để thực sự nắm bắt giai đoạn đầu của siêu tân tinh. Không có dữ liệu ở giai đoạn sơ khai, chúng ta không thể kết luận rằng vụ nổ phải bắt nguồn từ lõi sụp đổ của một ngôi sao lớn với một phong bì gấp khoảng 500 lần bán kính của mặt trời.
Sự kiện này lần đầu tiên được phát hiện bởi Đài thiên văn Palomar như một phần của Nhà máy tạm thời Palomar (iPTF) - một sự hợp tác khoa học nơi các đài quan sát trên khắp thế giới theo dõi vũ trụ cho các sự kiện vũ trụ tồn tại trong thời gian ngắn như siêu tân tinh. Nhờ các cuộc khảo sát hàng đêm của iPTF, kính viễn vọng Palomar đã có thể phát hiện ra iPTF 14gqr ngay sau khi nó đi siêu tân tinh.
Sự hợp tác cũng đảm bảo rằng một khi Kính thiên văn Palomar không còn có thể nhìn thấy nó (do xoay Trái đất), các đài quan sát khác có thể tiếp tục theo dõi và theo dõi quá trình phát triển của nó. Nhìn về phía trước, Cơ sở tạm thời Zwicky (là sự kế thừa của Đài thiên văn Palomar cho iPTF) sẽ tiến hành các cuộc khảo sát trên bầu trời thường xuyên và thường xuyên hơn, hy vọng sẽ phát hiện thêm các sự kiện hiếm gặp này.
Các khảo sát này, phối hợp với các nỗ lực tiếp theo của các mạng như GROWTH, sẽ cho phép các nhà thiên văn học nghiên cứu cách các hệ thống nhị phân nhỏ gọn phát triển. Điều này sẽ dẫn đến một sự hiểu biết lớn hơn về không chỉ cách các vật thể này tương tác, mà còn cung cấp cái nhìn sâu sắc hơn về cách thức sóng hấp dẫn và một số loại lỗ đen được hình thành.
