Hơn 30 năm sau vụ nổ siêu tân tinh, các nhà khoa học đã tìm thấy sao neutron ẩn giấu
Vào năm 1987, một hằng tinh có khối lượng gấp 20 lần Mặt Trời đã phát nổ ở một thiên hà gần đó. Vụ nổ dữ dội đến mức có thể nhìn thấy bằng mắt thường ở bán cầu nam của Trái Đất và kéo dài tới vài tuần. Các nhà khoa học cuối cùng đã xác định được hậu duệ của siêu tân tinh này, đó là một ngôi sao neutron có mật độ cực lớn.
Hôm 22/02, các nhà nghiên cứu cho biết, hai thiết bị trên kính viễn vọng không gian James Webb (JWST) đã quan trắc được hậu duệ của siêu tân tinh này ở bước sóng hồng ngoại, đồng thời phát hiện bằng chứng hóa học rõ ràng liên quan đến các nguyên tử argon và lưu huỳnh. Kết quả cho thấy có một ngôi sao neutron mới sinh bị ẩn sau những mảnh vụn do vụ nổ để lại.
Theo nghiên cứu được công bố trên tập san “Khoa học,” những vụ nổ như vậy có thể hình thành hai loại thiên thể khác nhau: lỗ đen hoặc sao neutron. Thông qua việc quan trắc bằng kính JWST, các nhà khoa học đã làm rõ được bí ẩn siêu tân tinh này sinh ra từ loại thiên thể nào.
Ông Claes Fransson, Giáo sư vật lý thiên văn tại Đại học Stockholm, Thụy Điển, tác giả đầu tiên của nghiên cứu này, cho biết: “Sau hơn ba thập niên theo dõi siêu tân tinh và tìm kiếm các thiên thể cực đặc, thật thú vị khi cuối cùng chúng tôi đã tìm thấy bằng chứng về việc thiếu mất sao neutron nhờ kính JWST.”
Ông Patrick Kavanagh, đồng tác giả nghiên cứu và là giảng viên Khoa Vật lý Thực nghiệm tại Đại học Maynooth ở Ireland, cho biết: “Sao neutron là tàn dư dày đặc có mật độ cực lớn được tạo ra sau vụ nổ của một hằng tinh cỡ lớn.”
“Điều này tương đương với việc nén toàn bộ khối lượng của Mặt Trời vào kích thước của một thành phố.” Ông nói: “Chúng đặc đến mức một thìa sao neutron nặng bằng một quả núi.”
Siêu tân tinh này được đặt tên là “Supernova 1987A.” Nó nằm trong Đám mây Magellan Lớn, một thiên hà lùn nằm cạnh Dải Ngân hà, cách Trái Đất 160,000 năm ánh sáng. Siêu tân tinh được quan trắc thấy lần đầu tiên từ Trái Đất vào tháng 02/1987, độ sáng của nó đạt cực đại vào tháng 5 năm đó. Đây là siêu tân tinh đầu tiên có thể nhìn thấy bằng mắt thường kể từ siêu tân tinh Kepler được quan sát vào năm 1604.
Sao neutron
Những hằng tinh có khối lượng gấp ít nhất 8 đến 10 lần Mặt Trời sẽ kết thúc sinh mệnh của chúng trong vụ nổ siêu tân tinh. Khi lõi của một hằng tinh sụp đổ, phần lớn vật chất của nó bị ném vào không gian nhưng vẫn lưu lại tàn dư. Mặc dù những vụ nổ này rất thảm khốc, nhưng chúng lại là nguồn cung cấp chủ yếu các nguyên tố hóa học như carbon, oxy, silicon và sắt, v.v. Đây là những nguyên tố làm nên sự sống.
Tùy thuộc vào kích thước của hằng tinh đã được mặc định cần bị hủy diệt, tàn dư của nó có thể là sao neutron hoặc lỗ đen. Lỗ đen là một thiên thể có lực hấp dẫn mạnh đến mức ngay cả ánh sáng cũng không thể thoát ra được.
Khoảng hai giờ trước khi tiến hành quan trắc bằng ánh sáng khả kiến lần đầu tiên với siêu tân tinh SN 1987A, ba đài quan sát trên thế giới đã phát hiện một vụ nổ neutrino chỉ kéo dài trong vài giây.
Ông Fransson giải thích: “Theo mô hình lý thuyết của SN 1987A, vụ nổ neutrino trong 10 giây được quan sát thấy trước vụ nổ siêu tân tinh có nghĩa là một ngôi sao neutron hoặc lỗ đen đã được hình thành trong vụ nổ.” Tuy nhiên, trước đây chưa có bằng chứng trực tiếp để xác nhận điều này.
Ông nói: “Với đài thiên văn này, giờ đây chúng tôi đã tìm thấy bằng chứng trực tiếp về sự phát xạ do một thiên thể cực đặc mới sinh gây ra (rất có thể là một ngôi sao neutron).”
Dụng cụ đo của kính JWST phát hiện ra rằng, các nguyên tử argon và lưu huỳnh đã bị tước bỏ các electron bên ngoài, nghĩa là chúng đã bị “ion hóa.” Các nhà nghiên cứu đã tiến hành nghiên cứu nhiều kịch bản khác nhau và phát hiện được, những nguyên tử này chỉ có thể ở trạng thái này khi tiếp xúc với bức xạ tia cực tím và tia X từ các sao neutron.
Các nhà nghiên cứu hiện đang nỗ lực xác định sao neutron này là loại sao neutron quay nhanh với từ trường mạnh, được gọi là pulsar (sao xung), hay là loại sao neutron “yên tĩnh” hơn với từ trường yếu.
Những khám phá này là một thành tựu khác của kính JWST được đưa vào sử dụng hồi năm 2022.
Bụi hình thành sau vụ nổ siêu tân tinh có khối lượng gấp 200,000 lần Trái Đất. Điều này khiến khu vực xung quanh ngôi sao neutron đang sản sinh quá mờ để có thể nghiên cứu bằng kính viễn vọng quang học hoặc tia cực tím. Nhưng điểm mạnh của kính JWST là tia hồng ngoại.
