Có thể hố đen đã “nuốt” một ngôi sao neutron

Minh họa vụ va chạm của hai ngôi sao neutron

Các nhà thiên văn học lần đầu tiên phát hiện ra một làn sóng hấp dẫn gợn lên trên vũ trụ có thể là do một ngôi sao neutron bị một hố đen nuốt chửng. Sóng này được phát hiện bởi máy dò Ligo ở Mỹ và máy dò Virgo ở Ý.

Nếu được xác nhận, đây sẽ là bằng chứng đầu tiên về việc các lỗ đen và sao neutron có thể ghép nối với nhau trong các hệ nhị phân. Các quan sát cũng có thể tiết lộ thêm chi tiết về bản chất của những cuộc sáp nhập như vậy, bao gồm cả việc sao neutron có bị nổ tung trước khi lại gần miệng của hố đen hay là mất hút không để lại dấu viết.

Patrick Brady, phát ngôn viên của tổ chức quản lý máy dò Ligo và giáo sư vật lý tại Đại học Wisconsin-Milwaukee, cho biết tín hiệu từ vụ va chạm có thể xảy ra vào ngày 26 tháng 4, nhưng cần phân tích thêm trước khi nhóm có thể khẳng định đó là một sự kiện thực sự chứ không phải chỉ là một đốm sáng ngẫu nhiên trong tiếng ồn nền. "Nó giống như nghe ai đó thì thầm trong một quán cà phê ồn ào, có thể khó phát hiện ra điều anh ta nói hoặc thậm chí để chắc chắn rằng người đó đã thì thầm," ông nói. "Sẽ mất một thời gian để đưa ra kết luận về sự kiện này."

Ligo và Virgo là thiết bị gom nhặt những gợn sóng nhỏ trong kết cấu của không gian và thời gian được gửi đi khắp vũ trụ khi hai vật thể lớn va chạm vào nhau.

Gợn sóng này có thể xảy ra chỉ một ngày sau khi các máy dò Ligo và Virgo xác định sự hợp nhất thảm khốc của hai ngôi sao neutron lần thứ hai. Kể từ khi bắt đầu chiến dịch quan sát thứ ba vào ngày 1 tháng 4, các máy dò đã phát hiện ra ba vụ va chạm của lỗ đen.

Sao neutron là loại sao đặc nhất trong vũ trụ. Chúng rộng khoảng 12 dặm, và ước tính chỉ một muỗng vật chất bề mặt của sao neutron nặng tương đương ba tỷ tấn, gấp 900 lần khối lượng kim tự tháp Giza ở Ai Cập. Chúng có lớp vỏ mịn neutron tinh khiết, mạnh hơn thép 10 tỷ lần.

Một ngôi sao neutron thông thường có khối lượng từ 1,35 đến 2,1 lần khối lượng Mặt Trời, lớn hơn khối lượng sao lùn trắng và nhỏ hơn khối lượng hố đen. Chúng là tàn dư sụp đổ của những ngôi sao khổng lồ sau vụ nổ siêu tân tinh - thậm chí những ngôi sao có khối lượng trên ba tới năm lần khối lượng Mặt Trời nếu có suy sụp hấp dẫn diễn ra sẽ dẫn tới sự hình thành hố đen.

Khi hai ngôi sao neutron va chạm vào nhau, chúng không chỉ phát ra sóng hấp dẫn mà còn phát ra ánh sáng, nghĩa là nếu các nhà thiên văn học có thể xoay kính viễn vọng quang học của mình sang đúng phần bầu trời, họ cũng có thể thu được sóng ánh sáng.

Số lượng các ngôi sao neutron và lỗ đen được tạo ra ước tính cách đây 1,2 tỷ năm ánh sáng đã bị thu hẹp xuống còn khoảng 3% tổng số bầu trời - nhưng đó vẫn là một khu vực rộng lớn.

Năm ngoái, một nghiên cứu của các nhà khoa học đã chỉ ra rằng, sự kết hợp của hố đen và sao neutron sẽ tạo nên một dạng lò luyện sản sinh ra vàng, platinum, uranium và hầu hết các nguyên tố nặng hơn sắt. "Nhiều khả năng những nguyên tố này hình thành trong môi trường giàu neutron", Giáo sư vật lý George Fuller, đồng tác giả nghiên cứu cho biết.

Giả thuyết về sự hình thành nhiên liệu hạt nhân trong vũ trụ dựa trên sự tồn tại của các hố đen nhỏ. Tuy nhiên, nhiều nhà thiên văn học tin rằng những hố đen này hình thành sau vụ nổ Big Bang và hiện nằm trong vật chất tối của vũ trụ.

Thep Giáo sư Fuller, sự kiện tạo ra nguyên tố nặng hơn sắt và nhiên liệu hạt nhân này hiếm xảy ra. "Trong 10 thiên hà lùn mới có một thiên hà chứa nhiều nguyên tố nặng", Fuller nói. Đặc điểm này phù hợp với việc các sao neutron hiếm xuất hiện ở trung tâm thiên hà và các thiên hà lùn, nơi được cho có nhiều hố đen.

Nếu được xác nhận, phát hiện này sẽ là bằng chứng đầu tiên cho thấy các lỗ đen và sao neutron có thể sáp nhập trong các hệ sao nhị phân

Giáo sư Alberto Vecchio, Viện trưởng Viện Thiên văn học Sóng hấp dẫn, Đại học Birmingham, cho biết: "Tất cả các nhà thiên văn học hiện đang tập trung theo dõi để xem liệu có ánh sáng nào lóe lên vào thời điểm đó hay không".

Phát hiện chỉ một tia phóng xạ có thể tiết lộ các chi tiết quan trọng về kích thước của các vật thể và bản chất của sự hợp nhất. Các lỗ đen lớn nhất có mật độ nhỏ nhất và lực hấp dẫn ở rìa của chúng rất mạnh, do đó, một ngôi sao neutron va chạm với một lỗ đen rất lớn có thể đơn giản biến mất khỏi tầm nhìn. "Ngôi sao neutron sẽ lao vào và không có gì xảy ra, rất có thể là như vậy," Vecchio nói.

Ngược lại, đối với một lỗ đen nhỏ hơn, lực hấp dẫn gần ở rìa của chúng sẽ dữ dội đến mức nó có thể phá hủy ngôi sao neutron, làm nó nổ tung thành nhiều khối. "Sau đó, sẽ hình thành một vật chất cực kỳ yếu di chuyển với tốc độ bằng một phần tốc độ ánh sáng", Vecchio nói, có thể tạo ra những vụ nổ bức xạ ngoạn mục có thể được nhìn thấy bởi kính viễn vọng từ Trái đất.

Kể từ khi Ligo bắt đầu quan sát vào năm 2015, độ nhạy của nó đã tăng lên đáng kể vì hiện tại Ligo có những phát hiện mới hầu như mỗi tháng. Điều này làm tăng cơ hội phát hiện ra các vật thể kỳ lạ chưa từng thấy trước đây đã được dự đoán trên lý thuyết, chẳng hạn như sao boson hoặc lỗ đen mini. "Chúng tôi đang mở một cửa sổ mới trên vũ trụ và điều này hy vọng sẽ mang đến cho chúng ta một viễn cảnh hoàn toàn mới về những gì ngoài kia", Brady nói.