Si Se Va a Formar Que Se Forme
Mục lục:
Một vụ nổ siêu tân tinh ngoạn mục, sáng hơn mặt trời của chúng ta hơn một tỷ lần, đánh dấu sự ra đời của một ngôi sao neutron quay quanh người bạn đồng hành nóng bỏng và dày đặc của nó. Bây giờ hai tàn dư dày đặc này được định sẵn để xoắn ốc vào nhau trong khoảng một tỷ năm, cuối cùng hợp nhất và mang lại một số yếu tố nặng nhất được biết đến trong vũ trụ.
Vụ nổ xảy ra trong một thiên hà tương tự như Dải Ngân hà của chúng ta, cách chúng ta gần 920 triệu năm ánh sáng. Một kính viễn vọng nhỏ tại đài thiên văn Palomar ở California đã phát hiện ra các photon đầu tiên từ siêu tân tinh - có tên là iP iPTF 14gqriêu - chỉ vài giờ sau vụ nổ, khi nó nóng hơn bề mặt mặt trời của chúng ta hơn 10 lần. Khi độ sáng của siêu tân tinh phát triển trong hai tuần tới, một nhóm các nhà thiên văn học quốc tế đã sử dụng dữ liệu để truy tìm nguồn gốc của vụ nổ với một ngôi sao lớn có bán kính 500 lần so với mặt trời.
Nhưng đó không phải là kích thước khổng lồ của ngôi sao khiến phát hiện này đặc biệt đáng chú ý. Điều bất thường là ngôi sao dường như cũng nhẹ nhất trong số các ngôi sao khổng lồ đang nổ tung được biết đến. Ngôi sao khổng lồ này đã bị cướp đi gần như toàn bộ khối lượng của nó, có lẽ bởi một đối tác quỹ đạo dày đặc. Khi phát nổ, nó để lại một ngôi sao neutron mới sinh tiếp tục quay quanh quỹ đạo của nó.
Hiểu được sự hình thành của các hệ sao nhị phân trong đó hai ngôi sao siêu dày đặc quay quanh nhau luôn là một câu đố. Những siêu tân tinh thoáng qua tạo ra các hệ sao nhị phân dày đặc này rất hiếm và khó tìm, bởi vì chúng nhanh chóng xuất hiện và biến mất trên bầu trời - nhanh hơn khoảng năm lần so với siêu tân tinh thông thường.
Quan sát đầu tiên này về siêu tân tinh siêu mỏng, mà các đồng nghiệp và tôi mô tả trong một nghiên cứu mới, không chỉ cung cấp cái nhìn sâu sắc về sự hình thành của các hệ thống này mà còn cho thấy những giai đoạn cuối cùng trong cuộc đời của những ngôi sao khổng lồ độc đáo này đã từng cướp bóc toàn bộ khối lượng của chúng trước khi chết.
Giải quyết một bí ẩn lâu đời
Những ngôi sao được sinh ra với khối lượng lớn hơn tám lần mặt trời nhanh chóng cạn kiệt nhiên liệu và không chịu nổi trọng lực vào cuối đời - sụp đổ vào chính mình và phát nổ trong siêu tân tinh. Khi điều này xảy ra, tất cả các lớp bên ngoài của ngôi sao - một vài lần khối lượng của mặt trời - bị phân tán.
Khi tôi bắt đầu làm việc với cố vấn của mình, Mansi Kasliwal, với tư cách là một sinh viên mới tốt nghiệp, tôi quyết định nghiên cứu siêu tân tinh nhanh chóng mờ dần trong độ sáng. Khai thác cơ sở dữ liệu về các sự kiện được phát hiện bởi iPTF, tôi tình cờ thấy iPTF 14gqr, một siêu tân tinh nhanh chóng bị phát hiện hơn một năm trước nhưng bản chất vật lý thực sự của nó vẫn còn bí ẩn.
Dữ liệu rất khó hiểu vì các mô hình sơ bộ của chúng tôi cho rằng siêu tân tinh này là do cái chết của một ngôi sao khổng lồ khổng lồ, nhưng bản thân vụ nổ khá là đáng sợ. Nó chỉ phóng ra một phần năm khối lượng của mặt trời, trong khi năng lượng của nó chỉ bằng một phần mười của siêu tân tinh điển hình. Đâu là tất cả những vật chất và năng lượng còn thiếu?
Các manh mối chỉ ra rằng ngôi sao phát nổ phải bị tước gần như toàn bộ khối lượng ban đầu của nó trước vụ nổ. Nhưng những gì có thể đã đánh cắp rất nhiều vấn đề từ ngôi sao khổng lồ này? Có lẽ một người bạn đồng hành nhị phân vô hình?
Tôi bắt đầu đọc về các kịch bản sao nhị phân hiếm hoi, khi tôi lần đầu tiên bắt gặp ý tưởng về siêu tân tinh lột xác.
Siêu tân tinh lột
Khi một ngôi sao khổng lồ có một ngôi sao đồng hành nhị phân dày đặc và ở gần đó, lực hấp dẫn mãnh liệt của người bạn đồng hành có thể cướp đi người hàng xóm không nghi ngờ của nó gần như toàn bộ khối lượng của nó trước khi nó nổ tung - do đó, thuật ngữ siêu bị tước.
Siêu tân tinh lột xác để lại một ngôi sao neutron, một xác chết dày đặc xoay tròn nhanh chóng chứa một chút so với khối lượng mặt trời nhồi nhét vào một khu vực có kích thước trung tâm thành phố Los Angeles. Ngôi sao neutron này bị mắc kẹt trong quỹ đạo kín xung quanh người bạn đồng hành của nó. Người bạn đồng hành có thể là một ngôi sao neutron khác, hoặc thậm chí là một sao lùn trắng hoặc một lỗ đen được hình thành từ một ngôi sao khổng lồ đã chết vài triệu năm trước khi bạn đồng hành của nó.
Các hệ thống nhị phân như vậy đã là một lĩnh vực quan trọng của điều tra vật lý thiên văn trong nhiều thập kỷ. Chúng tôi đã trực tiếp quan sát nhiều hệ thống như vậy trong thiên hà của chúng ta bằng kính viễn vọng quang học và vô tuyến. Phát hiện gián tiếp đầu tiên về sóng hấp dẫn đến từ các quan sát hệ sao neutron kép. Gần đây, sự hợp nhất đầu tiên của hệ sao neutron kép đã được phát hiện bởi cả LIGO tiên tiến và trong sóng điện từ năm 2017, mang đến cho các nhà thiên văn những hiểu biết độc đáo về hoạt động của trọng lực và nguồn gốc của các nguyên tố nặng trong vũ trụ.
Tuy nhiên, từ lâu nó vẫn là một bí ẩn về cách các ngôi sao nhị phân hình thành. Chúng ta biết rằng các sao neutron được hình thành trong vụ nổ siêu tân tinh. Nhưng, để có được các sao neutron nhị phân, bạn cần một nhị phân gồm hai ngôi sao lớn để bắt đầu. Tuy nhiên, nó đòi hỏi một sự cân bằng lực lượng chính xác để đảm bảo rằng các sao neutron nhị phân vẫn đủ ổn định để sống sót sau hai vụ nổ dữ dội tạo ra hệ thống.
Một số dòng bằng chứng gián tiếp cho thấy chúng được hình thành trong một loại vụ nổ siêu tân tinh cực yếu. Nhưng những vụ nổ mờ nhạt này đã thoát khỏi sự phát hiện trực tiếp. Bằng chứng quan sát đầu tiên này về một siêu tân tinh siêu lột mở ra một cơ hội để hiểu được sự hình thành của các hệ nhị phân sao neutron chặt chẽ.
Quét các thiên đường cho vụ nổ trẻ sơ sinh
Siêu tân tinh của chúng tôi đã được phát hiện trong cuộc khảo sát trung gian Palomar Transient Factory (iPTF). Cuộc khảo sát iPTF tự động đã sử dụng một camera lớn gắn trên kính viễn vọng cỡ 1 mét để chụp ảnh bầu trời mỗi đêm và quét các ngôi sao mới. Một ưu tiên tìm kiếm là săn tìm siêu tân tinh trẻ sơ sinh và xác định chính xác nguồn gốc.
Bất cứ khi nào một ngôi sao mới được tìm thấy, robot khảo sát sẽ ngay lập tức cảnh báo các nhà thiên văn học trực chiến ở một múi giờ hoàn toàn khác để theo dõi. Chiến lược này, cùng với một mạng lưới kính viễn vọng toàn cầu, cho phép chúng tôi bắt được một số ngôi sao đang nổ tung và hiểu chúng trông như thế nào ngay trước khi chúng phát nổ. Trên thực tế, việc tìm thấy một khoảnh khắc siêu tân tinh siêu hiếm sau vụ nổ là một sự trùng hợp may mắn!
Sự kiện duy nhất này đã cung cấp cho chúng ta cái nhìn sâu sắc đầu tiên về khối lượng và năng lượng được giải phóng trong các vụ nổ như vậy, vòng đời của các ngôi sao lớn và sự hình thành của các ngôi sao nhị phân. Tuy nhiên, có rất nhiều điều phải học từ một mẫu lớn hơn của những sự kiện này.
Với Zwicky Transient Facilty - người kế thừa iPTF có thể quét bầu trời nhanh hơn 10 lần - và một mạng lưới kính viễn vọng toàn cầu có tên GROWTH, chúng tôi hy vọng sẽ chứng kiến nhiều vụ nổ siêu lột hơn, bắt đầu một giai đoạn mới trong sự hiểu biết của chúng ta về các hệ thống sao độc đáo này.
Bài viết này ban đầu được xuất bản trên The Convers by Kishalay De. Đọc văn bản gôc ở đây.