Hai ngôi sao neutron va chạm mạnh

Sao neutron là những lõi bị nghiền nát từ một ngôi sao khổng lồ bị “sập” xuống bởi chính sức nặng của nó, hiện tượng “sập” xảy ra khi ngôi sao ấy hết năng lượng và phát nổ dưới dạng một siêu tân tinh. Cho dù sự hình thành và tính chất của nó khá giống với hố đen, nhưng nó vẫn thiếu độ lớn để có thể trở thành “tử thần” của vũ trụ. Chúng được cấu tạo nên từ một trong những vật liệu đặc nhất Vũ trụ. Chỉ một thìa vật chất này cũng có cân nặng tới 1 tỷ tấn khi đặt trên Trái Đất, lớp ngoài của nó cứng hơn thép 10 tỷ lần.

Chưa hết, sao neutron cũng sở hữu một trong những từ trường mạnh nhất Vũ trụ. Các nhà thiên văn học dự đoán rằng sao neutron có từ trường mạnh nhất sẽ lớn hơn Trái Đất hoảng 100 nghìn tỷ lần. Có lẽ đây là lần đầu tiên trong lịch sử ngành thiên văn, một nghiên cứu được nhiều tổ chức, chuyên gia và các trường đại học tham gia tới vậy. Kết quả của lần này đây: Ta đã chụp được lại sự kiện hai ngôi sao neutron va vào nhau với vận tốc kinh hoàng, sinh ra cả tia gamma và sóng hấp dẫn. Sự kiện này có tên GW170817 và nó diễn ra cách ta 130 triệu năm ánh sáng.

Đây mới là lần thứ năm chúng ta phát hiện ra sóng hấp dẫn, và cũng là lần đầu tiên phát hiện ra cùng lúc cả tia gamma và sóng hấp dẫn luôn. Các nhà khoa học gọi đây là bước chuyển mình từ “xem phim đen trắng” sang “xem phim 3D IMAX ngoài rạp”. Phát hiện này mở ra vô vàn thứ mới, và một cánh cửa rộng lớn tới một ngành nghiên cứu vật lý Vũ trụ hoàn toàn mới: sóng hấp dẫn và những thứ đi cùng nó. Cũng rất vĩ đại đó chứ. Những lần phát hiện ra sóng hấp dẫn trước đây đều đến từ những vụ va chạm và hợp nhất hố đen, để tạo ra một hố đen khổng lồ. Trước giờ, ta chưa lần nào chụp được lại sự kiện này. Có hai lý do chính:

Thứ nhất, ta chưa có giao thoa kế mang tên VIRGO được đặt tại Ý cho đến hồi tháng Tám vừa rồi. Hai giao thoa kế laser trước đây, hai thiết bị LIGO đặt tại Lousiana và Washington (đều tại Mỹ) chỉ xác định được vị trí tương đối của sự kiện kể trên. VIRGO xuất hiện, độ chính xác tăng lên nhiều lần, ta đã chỉ được vị trí sinh ra những sóng hấp dẫn kia.

Và thứ hai, bản thân hố đen là vô hình, vì chúng hút tất cả ánh sáng vào trong. Không có ánh sáng dội lại thì ta chẳng thể nhìn được gì. Nhưng sao neutron thì khác, ta có thể thấy nó dễ dàng và khi hai ngôi sao neutron va vào nhau như vậy, ta hoàn toàn có thể thấy nó.

Họ so sánh việc tìm ra được sự kiện thiên văn này với việc mò kim trong bụi rậm, với cái kim cứ liên tục mờ dần đi còn cái bụi rậm thì liên tục di chuyển (hình ảnh so sánh đã được thay đổi để liên hệ cho dễ). Qua ví dụ này, có lẽ bạn cũng thấy được ta đã may mắn tới nhường nào và hiện tượng va chạm này hiếm có khó tìm tới đâu. Lần va chạm này giữa hai sao neutron được LIGO, VIRGO và 70 trạm quan sát khác tham gia. Họ quan sát kĩ một khoảng nhỏ trên Vũ trụ. Tín hiệu đầu tiên tới vào ngày 17 tháng 8 (họ giấu từ lúc đó tới giờ).

Chỉ 1,7 giây sau tín hiệu đầu tiên ấy được phát hiện, hai trạm quan sát khác phát hiện ra một vụ bùng nổ sóng gamma lớn – một trong những hiện tượng mạnh mẽ và sáng nhất Vũ trụ - cũng chính từ vùng trời các trạm kia đang tiến hành quan sát. Âm thanh họ nhận được lần này cũng kéo dài trong gần 100 giây, khác biệt với những lần phát hiện trước đây. Ta có hình ảnh. Ta có âm thanh. Ta đã có một “thước phim” hoàn thiện về một hiện tượng Vũ trụ.

Hai ngôi sao neutron trong sự kiện GW170817 này cũng không phải “dạng thường”. Chúng được sinh ra cho nhau – hai ngôi sao này là một cặp. Chúng xoay quanh nhau, bị lực hút khổng lồ của nhau kéo nhau lại dần và rồi hòa vào nhau, hợp lại thành một. Hai thế lực khổng lồ của Vũ trụ va chạm mạnh, tạo ra sóng hấp dẫn và tia gamma.

“Nhiều thập kỷ nay, chúng tôi đã nghi ngờ rằng những đợt tia gamma ngắn là tới từ những vụ hợp nhất sao neutron”, Julie McEnery từ NASA nói. “Và giờ, với những dữ liệu tuyệt vời từ LIGO và VIRGO, chúng tôi đã có câu trả lời”. Sóng hấp dẫn cho thấy có hai vật thể va chạm mạnh, tia gamma cho thấy đây không phải hố đen.

Và điều này, khi được chứng minh, lại một lần nữa khẳng định Einstein đã lại đúng. Nhà vật lý học thiên tài đã đi trước chúng ta hơn một trăm năm, một lần nữa. Chưa hết, vụ va chạm này phát ra đủ thứ vật chất, đáng chú ý nhất là các nguyên tố nặng. Từ vàng, platinum cho tới uranium đều xuất hiện sau vụ va chạm giữa hai ngôi sao neutron này. Nhà nghiên cứu Dave Reitze rút từ trong túi ra một chiếc đồng hồ bằng vàng ông mình để lại, nói rằng vàng ở trên Trái Đất này có lẽ cũng đã được hình thành như thế. Vụ va chạm sao neutron này tạo ra lượng nguyên tố nặng bằng gấp 10 lần khối lượng Trái Đất.

Bạn có biết không, khi vụ nổ siêu tân tinh – supernova xảy ra, nó sẽ tạo ra vô vàn nguyên tố và tạo ra cả sao neutron. Khi hai ngôi sao neutron va vào nhau, chúng lại tạo ra vô vàn nguyên tố nặng (vàng, platinum, ...). Toàn bộ bảng tuần hoàn hóa học mà ta biết được sinh ra như vậy đó. Bản thân vụ va chạm này cũng đâu có hay xảy ra. Các nhà nghiên cứu nói rằng tỉ lệ xảy ra là một phần nhiều triệu, tính riêng trong mỗi ngân hà. Sự kiện như vậy là cực kì hiếm có. Đó cũng là lý do vì sao phải cần tới hai màn giải thích, nêu tầm quan trọng từ hai đội ngũ nghiên cứu khác nhau.

Hệ thống đài quan sát làm nên toàn bộ nghiên cứu này cũng đáng nói tới. Mọi thứ được tự động hóa gần như hoàn toàn, các nhà nghiên cứu chẳng cần động tay vào (cho tới khi họ vui sướng tự tay động vào để nghiên cứu). Những đài thiên văn được đặt rải rác trên bề mặt Trái Đất, và khi Trái Đất xoay, toàn bộ hệ thống quan sát thiên văn có thể liên tục theo dõi khu vực cần theo dõi. Từ vụ va chạm “mang tầm vóc Vũ trụ” này, các nhà nghiên cứu lấy ra được vô vàn thông tin quý giá, mở đủ thứ cửa cho các nghiên cứu tương lai.

Không ngoa khi nói rằng cho tới giờ, đây là phát hiện quan trọng nhất trong ngành nghiên cứu vật lý Vũ trụ. Nếu hai tháng tới không xuất hiện thêm sự lạ gì khác hay một công bố chấn động nào, thì đây sẽ là sự kiện lớn và đáng nhớ nhất năm nay.

Nguồn: TrÍ Thức Trẻ