Những vụ nổ tia gamma nằm trong số những sự kiện bùng nổ năng lượng mạnh mẽ nhất trong vũ trụ. Chúng cũng rất ngắn, chỉ kéo dài từ vài mili-giây đến khoảng một phút. Điều này đã làm cho các nhà thiên văn học gặp khó khăn trong việc quan sát chi tiết một vụ nổ như vậy.
Hình ảnh này mô phỏng loại vụ nổ tia Gamma phổ biến nhất, được cho là xảy ra khi một ngôi sao khổng lồ sụp đổ, hình thành nên một lỗ đen, và thổi tung vật chất ra ngoài ở vận tốc gần với vận tốc ánh sáng. Một nhóm nghiên cứu quốc tế do các nhà thiên văn học của Đại học Maryland đã thực hiện đã mô tả chi tiết về một sự kiện bùng nổ tia gamma tương tự có tên là GRB 160625B. Phân tích của họ đã cho thấy các chi tiết chính về giai đoạn "lạm phát" ban đầu của các vụ nổ tia Gamma và sự tiến hóa của các vụ nổ lớn của vật chất và năng lượng hình thành sau vụ nổ. Nguồn: Trung tâm Hàng không không gian Goddard của NASA.
Sử dụng một loạt các quan sát bằng kính thiên văn mặt đất và không gian, một nhóm nghiên cứu quốc tế do các nhà thiên văn học của đại học Maryland (UMD) đã thực hiện một trong những mô tả chi tiết nhất cho đến nay về vụ nổ tia gamma. Sự kiện mang tên GRB 160625B đã cho thấy các chi tiết quan trọng về giai đoạn "bộc phát" ban đầu của vụ nổ tia gamma và sự tiến hóa của các vụ nổ lớn của vật chất và năng lượng hình thành sau vụ nổ. Các phát hiện của nhóm được công bố vào ngày 27 tháng 7 năm 2017, trên tạp chí Nature.
"Những vụ nổ tia gamma là những sự kiện thảm khốc, liên quan đến sự bùng nổ của các ngôi sao khổng lồ gấp 50 lần kích thước Mặt Trời. Nếu bạn xếp hạng tất cả các vụ nổ trong vũ trụ dựa trên sức mạnh của chúng, vụ nổ tia gamma sẽ chỉ đứng ngay sau Big Bang," Eleonora Troja, một nhà khoa học cộng tác nghiên cứu tại khoa Thiên văn học thuộc UMD và là tác giả chính của bài nghiên cứu cho biết. "Chỉ trong vài giây, quá trình này có thể phát ra năng lượng bằng toàn bộ năng lượng mà một ngôi sao như Mặt Trời phát ra trong suốt cuộc đời của nó. Chúng tôi rất quan tâm đến việc làm thế nào mà điều này có thể xảy ra".
Các quan sát của nhóm lần đầu tiên đưa ra câu trả lời cho một số câu hỏi đã đặt ra từ lâu về sự phát xạ của tia gamma khi ngôi sao chết sắp sụp đổ để trở thành một lỗ đen. Thứ nhất, dữ liệu cho thấy lỗ đen tạo ra một từ trường mạnh mẽ mà ban đầu nó chiếm ưu thế trong các tia phát xạ năng lượng. Sau đó, khi từ trường sụp đổ, vật chất tràn ra và bắt đầu chiếm ưu thế. Hầu hết các nhà nghiên cứu tia gamma cho rằng những luồng khí thoát ra khỏi lỗ đen này đã bị chi phối bởi vật chất hoặc từ trường, nhưng không phải cả hai. Các kết quả hiện tại cho thấy cả hai yếu tố đều đóng vai trò then chốt.
Troja cho biết: "Có một sự phân tách ở đây, chúng tôi tìm thấy bằng chứng cho cả hai mô hình, điều này cho thấy các dòng bức xạ gamma được phóng ra có tính chất kép. Các dòng bức xạ này có khởi đầu với sự tham gia của từ trường, nhưng khi chúng phát triển, từ trường giảm dần và mất đi sự thống trị. Vật chất chiếm dần ưu thế, mặc dù đôi khi một chút vết tích của từ trường vẫn còn sót lại."
Dữ liệu cũng cho thấy bức xạ Synchrotron - kết quả của việc các electron được gia tốc theo đường cong hoặc xoắn ốc - cho phép xảy ra pha bộc phát - giai đoạn cực sáng của vụ nổ. Các nhà thiên văn học cũng xem xét hai ứng viên khác ngoài bức xạ Synchrotron: bức xạ vật đen - kết quả từ một vật thể phát nhiệt và bức xạ Compton nghịch đảo, kết quả khi một hạt tăng tốc truyền năng lượng sang photon.
Troja nói: "bức xạ Synchrotron là cơ chế phát thải duy nhất có thể tạo ra độ phân cực giống nhau và ở cùng một dải phổ mà chúng ta quan sát thấy đầu tiên trong vụ nổ. Nghiên cứu của chúng tôi cung cấp bằng chứng thuyết phục rằng sự phát xạ gamma ở pha bộc phát được định hướng bởi bức xạ Synchrotron. Đây là một thành tựu quan trọng vì mặc dù đã nghiên cứu trong nhiều thập kỷ, cơ chế vật lý gây ra các vụ nổ tia gamma vẫn chưa được xác định rõ ràng".
Các nhà nghiên cứu cho biết dữ liệu toàn diện về GRB 160625B thu được từ nhiều kính thiên văn với nhiều dải quang phổ đã đưa đến kết luận này.
Alexander Kutyrev, một nhà khoa học thuộc Khoa thiên văn của UMD, đồng tác giả của nghiên cứu cho biết: "Vụ nổ tia Gamma xảy ra ở thang khoảng cách vũ trụ, một số bắt đầu từ khi vũ trụ được sinh ra. Chúng tôi đã rất may mắn có được những quan sát từ nhiều nguồn khác nhau, đặc biệt trong giai đoạn bộc phát của chúng, điều này là vô cùng khó nắm bắt."
Kính thiên văn không gian Fermi của NASA đã phát hiện ra sự phát xạ tia Gamma từ GRB 160625B. Ngay sau đó, kính thiên văn MASTER-IAC trên mặt đất, một phần của hệ thống kính thiên văn MASTER của Nga nằm ở đài thiên văn Teide trên quần đảo Canary của Tây Ban Nha, ghi nhận bức xạ quang học trong khi pha bộc phát vẫn còn diễn ra. MASTER-IAC đã tập hợp các dữ liệu quan trọng về tỷ lệ ánh sáng quang học phân cực tương đối so với tổng số ánh sáng được tạo ra bởi pha bộc phát.
Vì bức xạ Synchrotron là một trong số ít các hiện tượng có thể tạo ra ánh sáng phân cực, những dữ liệu này cung cấp sự liên kết rất quan trọng giữa bức xạ Synchrotron và pha bộc phát của GRB 160625B. Một từ trường cũng có thể ảnh hưởng đến lượng ánh sáng phân cực được phát ra khi thời gian trôi qua và vụ nổ phát triển.
Bởi vì các nhà nghiên cứu đã có thể phân tích dữ liệu phân cực kéo dài gần như trong suốt thời gian diễn ra vụ nổ - một thành tựu hiếm hoi - họ có thể phân biệt được sự hiện diện của một từ trường và theo dõi nó thay đổi như thế nào khi GRB 160625B tiến triển.
Kutyrev nói: "Có rất ít dữ liệu về sự phát xạ phân cực từ các vụ nổ tia gamma. Vụ nổ quan sát được này là duy nhất bởi vì chúng tôi đã bắt được tình trạng phân cực ở giai đoạn đầu, điều này là cực kỳ khó thực hiện vì nó đòi hỏi phải ghi nhận thật nhanh và có rất ít kính thiên văn có khả năng này. Để nhận được kết quả như thế này một cách nhất quán, chúng ta sẽ cần những công cụ mới thật nhanh nhạy để quan sát các vụ nổ tia Gamma."
Minh Phương
Theo Space Daily
