M15 có một hệ sao neutron kép cuối cùng sẽ hợp nhất dữ dội. Tín dụng hình ảnh: NOAO Bấm để phóng to
Vụ nổ tia gamma là vụ nổ mạnh nhất trong vũ trụ, phát ra lượng lớn bức xạ năng lượng cao. Trong nhiều thập kỷ, nguồn gốc của chúng là một bí ẩn. Các nhà khoa học hiện tin rằng họ hiểu các quá trình tạo ra vụ nổ tia gamma. Tuy nhiên, một nghiên cứu mới của Jonathan Grindlay thuộc Trung tâm vật lý thiên văn Harvard-Smithsonian (CfA) và các đồng nghiệp của ông, Simon Portegies Zwart (Viện thiên văn học, Hà Lan) và Stephen McMillan (Đại học Drexel), cho thấy một nguồn bị bỏ qua trước đây cho một số gamma- vụ nổ tia: các cuộc chạm trán sao trong cụm sao cầu.
Một phần ba của tất cả các vụ nổ tia gamma ngắn mà chúng ta quan sát có thể đến từ việc hợp nhất các sao neutron trong các cụm sao cầu, theo ông Grindlay.
Các vụ nổ tia gamma (GRBs) có hai hương vị riêng biệt. Một số kéo dài đến một phút, hoặc thậm chí lâu hơn. Các nhà thiên văn học tin rằng những GRB dài đó được tạo ra khi một ngôi sao khổng lồ phát nổ trong một siêu sao. Các vụ nổ khác chỉ kéo dài trong một phần của giây. Các nhà thiên văn học đưa ra giả thuyết rằng GRB ngắn bắt nguồn từ sự va chạm của hai ngôi sao neutron, hoặc một ngôi sao neutron và lỗ đen.
Hầu hết các hệ sao neutron kép là kết quả của sự tiến hóa của hai ngôi sao lớn đã quay quanh nhau. Quá trình lão hóa tự nhiên sẽ khiến cả hai trở thành sao neutron (nếu chúng bắt đầu với một khối lượng nhất định), sau đó xoắn lại với nhau trong hàng triệu hoặc hàng tỷ năm cho đến khi chúng hợp nhất và giải phóng một vụ nổ tia gamma.
Nghiên cứu của Grindlay chỉ ra một nguồn GRB ngắn tiềm năng khác - cụm sao cầu. Các cụm sao hình cầu chứa một số ngôi sao lâu đời nhất trong vũ trụ bị nhồi nhét vào một không gian chật hẹp chỉ vài năm ánh sáng. Khu vực chặt chẽ như vậy gây ra nhiều cuộc chạm trán sao, một số trong đó dẫn đến hoán đổi ngôi sao. Nếu một sao neutron có bạn đồng hành sao (như sao lùn trắng hoặc sao chuỗi chính) trao đổi bạn tình với một sao neutron khác, cặp sao neutron cuối cùng sẽ xoắn lại với nhau và va chạm nổ, tạo ra vụ nổ tia gamma.
Chúng tôi thấy những hệ thống tiền thân này, chứa một ngôi sao neutron dưới dạng một xung milli giây, ở khắp nơi trong các cụm sao cầu, theo ông Grindlay. Ngoài ra, cụm sao hình cầu được đóng gói chặt chẽ đến mức bạn có rất nhiều tương tác. Nó có một cách tự nhiên để tạo ra các hệ sao neutron kép.
Các nhà thiên văn học đã thực hiện khoảng 3 triệu mô phỏng máy tính để tính toán tần số mà các hệ sao neutron kép có thể hình thành trong các cụm sao cầu. Biết được có bao nhiêu hình thành trong lịch sử thiên hà, và mất bao lâu để một hệ thống hợp nhất, sau đó họ xác định tần suất của các vụ nổ tia gamma ngắn dự kiến từ các nhị phân cụm cầu. Họ ước tính rằng từ 10 đến 30 phần trăm của tất cả các vụ nổ tia gamma ngắn mà chúng ta quan sát có thể là kết quả của các hệ thống như vậy.
Ước tính này có tính đến một xu hướng tò mò được phát hiện bởi các quan sát GRB gần đây. Sáp nhập và do đó vỡ ra từ cái gọi là nhị phân sao neutron, các hệ thống được tạo ra từ hai ngôi sao lớn hình thành và chết cùng nhau - được ước tính xảy ra thường xuyên hơn 100 lần so với các vụ nổ từ các nhị phân cụm cầu. Tuy nhiên, một số ít GRB ngắn được định vị chính xác có xu hướng đến từ các thiên hà và các ngôi sao rất cũ, như mong đợi cho các cụm sao cầu.
Ở đây có một vấn đề lớn về sổ sách kế toán, ông Grindlay nói.
Để giải thích sự khác biệt, Grindlay gợi ý rằng các vụ nổ từ các nhị phân đĩa có thể khó phát hiện hơn vì chúng có xu hướng phát ra bức xạ trong các vụ nổ hẹp hơn có thể nhìn thấy từ ít hướng hơn. Sự thu hẹp của Narrower có thể xảy ra do các ngôi sao va chạm có các vòng quay thẳng hàng với quỹ đạo của chúng, như mong đợi đối với các nhị phân đã ở cùng nhau từ thời điểm sinh ra. Những ngôi sao mới gia nhập, với sự định hướng ngẫu nhiên của chúng, có thể phát ra những vụ nổ rộng hơn khi chúng hợp nhất.
Nhiều GRB ngắn hơn có lẽ đến từ các hệ thống đĩa - chúng tôi chỉ không thấy được tất cả, Grindlay giải thích.
Chỉ có khoảng nửa tá GRB ngắn đã được định vị chính xác bởi các vệ tinh tia gamma gần đây, khiến việc nghiên cứu kỹ lưỡng trở nên khó khăn. Khi nhiều ví dụ được thu thập, các nguồn GRB ngắn sẽ được hiểu rõ hơn nhiều.
Bài báo công bố phát hiện này đã được xuất bản trên tạp chí Vật lý Tự nhiên ngày 29 tháng 1. Nó có sẵn trực tuyến tại http://www.nature.com/nphys/index.html và ở dạng in sẵn tại http://arxiv.org/abs/astro-ph/0512654.
Có trụ sở tại Cambridge, Mass., Trung tâm vật lý thiên văn Harvard-Smithsonian (CfA) là sự hợp tác giữa Đài quan sát vật lý thiên văn Smithsonian và Đài quan sát của Đại học Harvard. Các nhà khoa học CfA, được tổ chức thành sáu bộ phận nghiên cứu, nghiên cứu nguồn gốc, sự tiến hóa và số phận cuối cùng của vũ trụ.
Nguồn gốc: Bản tin CfA
