Hành trình Khoa học, Không gian và Thời gian!
Các nhà nghiên cứu đã phát hiện ra đâu là ngôi sao neutron nặng nhất được biết đến, hay lỗ đen nhẹ nhất.
Khi những ngôi sao lớn nhất chết đi, chúng sụp đổ dưới trọng lực của chính chúng và để lại những lỗ đen; khi những ngôi sao nhỏ hơn một chút sẽ chết, chúng phát nổ trong các siêu tân tinh và để lại những tàn dư dày đặc, chết chóc của những ngôi sao được gọi là sao neutron. Trong nhiều thập kỷ, các nhà thiên văn học đã bị bối rối bởi một khoảng cách nằm giữa các sao neutron và các lỗ đen: ngôi sao neutron nặng nhất được biết đến không quá 2,5 lần khối lượng mặt trời của chúng ta, hay 2,5 khối lượng mặt trời và lỗ đen nhẹ nhất được biết đến là khoảng 5 khối lượng mặt trời. Câu hỏi vẫn còn: có điều gì nằm trong cái gọi là khoảng cách lớn này không?
Giờ đây, trong một nghiên cứu mới từ Đài quan sát sóng hấp dẫn sóng giao thoa kế tia laser (LIGO) của Tổ chức Khoa học Quốc gia và máy dò Virgo ở châu Âu, các nhà khoa học đã công bố phát hiện ra một vật thể có khối lượng 2,6 mặt trời, đặt nó chắc chắn vào khoảng cách khối lượng. Vật thể được tìm thấy vào ngày 14 tháng 8 năm 2019, khi nó hợp nhất với một lỗ đen gồm 23 khối lượng mặt trời, tạo ra một vệt sóng hấp dẫn được phát hiện trở lại trên Trái đất bởi LIGO và Virgo. Một bài báo về phát hiện đang được xuất bản ngày hôm nay, 23 tháng 6, trong Tạp chí Vật lý thiên văn (Astrophysical Journal Letters).
“Chúng tôi đã chờ đợi hàng thập kỷ để giải quyết bí ẩn này”, đồng tác giả Vicky Kalogera, giáo sư tại Đại học Tây Bắc nói. “Chúng tôi không biết vật thể này là ngôi sao neutron nặng nhất được biết đến hay lỗ đen nhẹ nhất được biết đến nhưng dù bằng cách nào nó cũng phá vỡ kỷ lục.”
“Điều này sẽ thay đổi cách các nhà khoa học nói về sao neutron và lỗ đen”, đồng tác giả Patrick Brady, giáo sư tại Đại học Wisconsin, Milwaukee, và người phát ngôn của Cộng tác khoa học LIGO nói. “Khoảng cách khối lượng trên thực tế có thể không tồn tại nhưng có thể là do những hạn chế trong khả năng quan sát. Thời gian và nhiều quan sát sẽ cho biết.”
Sự hợp nhất vũ trụ được mô tả trong nghiên cứu, một sự kiện có tên là GW190814, dẫn đến một lỗ đen cuối cùng có khối lượng gấp khoảng 25 lần mặt trời (một phần khối lượng được hợp nhất đã được chuyển thành một vụ nổ năng lượng dưới dạng sóng hấp dẫn). Hố đen mới hình thành nằm cách Trái đất khoảng 800 triệu năm ánh sáng.
Trước khi hai vật thể hợp nhất, khối lượng của chúng khác nhau theo hệ số 9, khiến đây là tỷ lệ khối lượng cực đoan nhất được biết đến với sự kiện sóng hấp dẫn. Một sự kiện LIGO-Virgo khác được báo cáo gần đây, được gọi là GW190412, xảy ra giữa hai lỗ đen với tỷ lệ khối lượng khoảng 4: 1.
“Đây là một thách thức đối với các mô hình lý thuyết hiện tại để hình thành các cặp vật thể nhỏ gọn với tỷ lệ khối lượng lớn như vậy trong đó đối tác có khối lượng thấp nằm trong khoảng cách khối lượng. Phát hiện này ngụ ý những sự kiện này xảy ra thường xuyên hơn chúng ta dự đoán, làm cho điều này trở thành thực sự hấp dẫn đối tượng khối lượng thấp, “Kalogera giải thích. “Vật thể bí ẩn có thể là một ngôi sao neutron hợp nhất với một lỗ đen, một khả năng thú vị được mong đợi về mặt lý thuyết nhưng chưa được xác nhận một cách quan sát. Tuy nhiên, với khối lượng gấp 2,6 lần mặt trời của chúng ta, nó vượt quá dự đoán hiện đại về khối lượng sao neutron tối đa và thay vào đó có thể là lỗ đen nhẹ nhất từng được phát hiện. “
Khi các nhà khoa học LIGO và Virgo phát hiện ra sự hợp nhất này, họ đã ngay lập tức gửi một cảnh báo tới cộng đồng thiên văn. Hàng chục kính viễn vọng trên mặt đất và không gian theo dõi để tìm kiếm sóng ánh sáng được tạo ra trong sự kiện nhưng không có tín hiệu nào thu được bất kỳ tín hiệu nào. Cho đến nay, ánh sáng tương phản với tín hiệu sóng hấp dẫn chỉ được nhìn thấy một lần, trong một sự kiện có tên là GW170817. Sự kiện đó được phát hiện bởi mạng LIGO-Virgo vào tháng 8 năm 2017 liên quan đến một vụ va chạm dữ dội giữa hai ngôi sao neutron sau đó được chứng kiến bởi hàng chục kính viễn vọng trên Trái đất và trong không gian. Va chạm sao neutron là những vấn đề lộn xộn với vật chất bay ra ngoài theo mọi hướng và do đó được dự đoán sẽ tỏa sáng với ánh sáng. Ngược lại, sáp nhập lỗ đen trong hầu hết các trường hợp được cho là không tạo ra ánh sáng.
Theo các nhà khoa học LIGO và Virgo, sự kiện tháng 8 năm 2019 không được nhìn thấy bằng kính viễn vọng dựa trên ánh sáng vì một vài lý do có thể. Đầu tiên, sự kiện này cách xa hơn sáu lần so với sự hợp nhất được quan sát vào năm 2017, khiến cho việc nhận bất kỳ tín hiệu ánh sáng nào trở nên khó khăn hơn. Thứ hai, nếu vụ va chạm liên quan đến hai lỗ đen, có khả năng nó sẽ không chiếu sáng với bất kỳ ánh sáng nào. Thứ ba, nếu vật thể trên thực tế là một ngôi sao neutron, thì đối tác lỗ đen lớn gấp 9 lần của nó có thể đã nuốt chửng toàn bộ nó; một ngôi sao neutron tiêu thụ toàn bộ bởi một lỗ đen sẽ không phát ra ánh sáng nào.
“Tôi nghĩ về Pac-Man ăn một chấm nhỏ,” Kalogera nói. “Khi khối lượng không đối xứng cao, ngôi sao neutron nhỏ hơn có thể bị ăn trong một vết cắn.”
Làm thế nào các nhà nghiên cứu sẽ biết liệu vật thể bí ẩn là sao neutron hay lỗ đen? Các quan sát trong tương lai với LIGO, Xử Nữ và có thể các kính thiên văn khác có thể bắt được các sự kiện tương tự có thể giúp tiết lộ liệu các vật thể bổ sung có tồn tại trong khoảng cách khối hay không.
“Đây là cái nhìn đầu tiên về những gì có thể là một quần thể hoàn toàn mới của các đối tượng nhị phân nhỏ gọn”, Charlie Hoy, thành viên của Cộng tác khoa học LIGO và một sinh viên tốt nghiệp tại Đại học Cardiff nói. “Điều thực sự thú vị là đây mới chỉ là khởi đầu. Khi các máy dò ngày càng nhạy hơn, chúng ta sẽ quan sát được nhiều tín hiệu hơn nữa và chúng ta sẽ có thể xác định được quần thể sao neutron và lỗ đen trong vũ trụ. “
“Khoảng cách khối lượng là một câu đố thú vị trong nhiều thập kỷ, và bây giờ chúng tôi đã phát hiện ra một vật thể vừa khít bên trong nó”, Pedro Marronetti, giám đốc chương trình vật lý hấp dẫn tại Quỹ khoa học quốc gia (NSF) nói. “Điều đó không thể được giải thích mà không thách thức sự hiểu biết của chúng ta về vật chất cực kỳ dày đặc hoặc những gì chúng ta biết về sự tiến hóa của các ngôi sao. Quan sát này là một ví dụ khác về tiềm năng biến đổi của lĩnh vực thiên văn học sóng hấp dẫn, mang đến những hiểu biết mới lạ với mọi phát hiện mới . “
Nguồn truyện:
Tài liệu được cung cấp bởi Viện Công nghệ California . Lưu ý: Nội dung có thể được chỉnh sửa cho kiểu dáng và độ dài.
Tạp chí tham khảo :