Sao neutron là một trong những vật thể thiên văn hấp dẫn nhất trong Vũ trụ được biết đến. Ngoài việc là loại sao dày nhất (ngoại trừ các ngôi sao quark), chúng còn được biết đến để tạo thành cặp nhị phân với các ngôi sao lớn. Cho đến nay, chỉ có 39 hệ thống như vậy đã được phát hiện, và thậm chí ít hơn đã được phát hiện bao gồm một ngôi sao khổng lồ và một ngôi sao neutron tia gamma năng lượng rất cao (VHE).
Cho đến nay, chỉ có hai trong số các hệ thống này được tìm thấy, hệ thống thứ hai được phát hiện cách đây vài năm bởi một nhóm các nhà thiên văn học quốc tế được gọi là sự hợp tác của Hệ thống Kính viễn vọng Hình ảnh Kính viễn vọng Bức xạ Rất Năng lượng (VERITAS). Ngoài việc là một phát hiện hiếm, phát hiện này cũng rất may mắn, vì hành vi bất thường mà họ quan sát được từ hệ thống này sẽ không xảy ra nữa cho đến năm 2067.
Nói một cách đơn giản, sao neutron là phần còn lại dày đặc của một ngôi sao đã phát nổ trong siêu tân tinh, để lại đằng sau một vật thể cực kỳ dày đặc, nhỏ gọn, quay nhanh. Điều này khiến một ngôi sao neutron tạo ra từ trường mạnh, tập trung bức xạ của nó thành một chùm sáng chặt, trông giống như một ngọn hải đăng khi nhìn từ trên xuống. Khi các chùm tia này giao nhau với Trái đất, các nhà thiên văn học có thể phát hiện các xung này ở sóng vô tuyến và các bước sóng khác.
Vì thông thường các ngôi sao lớn cho các cặp nhị phân hình thành, không có gì đáng ngạc nhiên khi một số sao có một người bạn đồng hành quay quanh mà sống sót khi đối tác của nó đi siêu tân tinh. Các hệ thống này cũng thường có các mảnh vụn, bị ảnh hưởng bởi các pulsar quay nhanh. Khi bức xạ va chạm với các mảnh vỡ, nó tạo ra các hạt tích điện có thể được gia tốc tới gần tốc độ ánh sáng, dẫn đến các tia gamma năng lượng rất cao (VHE).
Sử dụng bốn kính viễn vọng 12 m tại Đài quan sát Whíp Fred Lawrence, được vận hành bởi Đài quan sát vật lý thiên văn Smithsonian (SAO), sự hợp tác của VERITAS bắt đầu theo dõi những gì được cho là hệ thống xung tia gamma Vhe trở lại vào năm 2016. Nguồn này được đặt trong một vườn ươm khổng lồ cách Trái đất khoảng 5000 năm ánh sáng theo hướng của chòm sao Cygnus.
Với sự giúp đỡ của một nhóm các nhà thiên văn học đã sử dụng hai kính viễn vọng Gamma Imaging Cherenkov (MAGIC) dài 17 m (đặt tại Đài thiên văn El Roque de Los Muchachos ở Quần đảo Canary), nhóm nghiên cứu đã phát hiện ra rằng pulsar có một người bạn đồng hành khổng lồ nó quay quanh nó cứ sau 50 năm theo một quỹ đạo cực kỳ hình elip. Hai đội cũng tính toán rằng các ngôi sao sẽ ở những điểm gần nhất trong quỹ đạo của họ trước ngày 13 tháng 11 năm 2017 và sẽ không trở lại cho đến năm 2067.
Các giám đốc của sự hợp tác VERITAS trước đây đã tham gia với các nhà thiên văn học khác để theo dõi hệ thống này trước, trong và sau khi tiếp cận gần nhất. Sử dụng bốn kính viễn vọng Fred Lawrence Whoop Đài quan sát, họ đã phát hiện ra các tia gamma từ các tia cực ngắn của bức xạ Cherenkov xuất hiện trên bầu trời khi chúng bị khí quyển Trái đất hấp thụ.
Những quan sát ban đầu, được thực hiện vào năm 2016, cho thấy lượng phát xạ tia gamma yếu, phù hợp với thực tế là hệ thống nhị phân được nhúng trong vườn ươm sao. Ralph Bird, nhà nghiên cứu sau tiến sĩ tại Đại học California Los Angeles, người đã đóng vai trò hàng đầu trong chiến dịch VERITAS.
Do đó, các nhà khoa học đã chờ đợi các ngôi sao đạt đến điểm gần nhất trong quỹ đạo của chúng để xem liệu có sự thay đổi nào không. Theo Alicia López Oramas, một nhà nghiên cứu của MAGIC tại Viện nghiên cứu Astrofísica de Canarias (IAC), và một trong những tác giả tương ứng của nghiên cứu, một hệ thống độc đáo như vậy dự kiến sẽ phát ra tia gamma năng lượng rất cao trong phương pháp này và cơ hội này không thể bỏ lỡ.
Đến tháng 9, mọi thứ bắt đầu thay đổi mạnh mẽ. Như Tyler Williamson, một sinh viên tốt nghiệp từ Khoa Vật lý và Thiên văn học của Đại học Delkn và là người đóng góp quan trọng khác cho VERITAS, đã chỉ ra:
Thông lượng tia gamma mà chúng tôi quan sát thấy trong tháng 9 là gấp đôi giá trị trước đó. Trong lần tiếp cận gần nhất giữa ngôi sao và pulsar, vào tháng 11 năm 2017, thông lượng tăng gấp 10 lần chỉ trong một đêm.
Để giải thích hành vi này, nhóm nghiên cứu đã khớp các mô hình lý thuyết dựa trên các lý thuyết mới nhất về pulsar, đĩa vụn và kết quả phát thải theo quan sát của họ. Điều này tỏ ra không thành công, khiến họ kết luận rằng cần phải sửa đổi đáng kể, trong đó bao gồm thông tin tốt hơn về cuộc chạm trán giữa hai ngôi sao.
Nói tóm lại, cần quan sát nhiều hơn về cặp nhị phân này trước khi có thể tạo mô hình thích hợp. Điều này không có gì đáng ngạc nhiên vì hệ thống này chỉ là trường hợp thứ hai của hệ thống pulsar nhị phân thể hiện sự phát xạ tia gamma VHE. Tuy nhiên, các quan sát được thu thập bởi hai đội là vô giá, cho rằng tất cả các giải thích trước đây về hành vi của các nhị phân xung tia gamma VHE là suy đoán.
Trong những năm tới, các nhà khoa học có kế hoạch tiếp tục quan sát thứ này và các pulsar khác để theo dõi hành vi kỳ lạ đến từ loại vật thể cực đoan này. Và nếu các mô hình thích hợp có thể được phát triển cho hệ thống cụ thể này, nó sẽ có giá trị to lớn đối với các nhà khoa học, cung cấp cái nhìn sâu sắc về sự ra đời và tiến hóa của các vật thể nhỏ gọn - từ pulsar đến hệ thống lỗ đen nhị phân.
Như Wystan Benbow, nhà vật lý thiên văn của CfA, tuyên bố, ông tiếp tục đầu tư vào hoạt động của các cơ sở hàng đầu, độc nhất như VERITAS là rất quan trọng và sẽ đảm bảo cơ hội tiếp theo để đạt được khoa học biến đổi.
Sự hợp tác của VERITAS là một nhóm gồm 80 nhà khoa học từ 20 tổ chức có trụ sở tại Hoa Kỳ, Canada, Đức và Ireland. Nghiên cứu mô tả những phát hiện của họ gần đây đã xuất hiện trong Tạp chí vật lý thiên văn. Đài quan sát Whíp Fred Lawrence được vận hành bởi Đài quan sát vật lý thiên văn Smithsonian (SAO).
