Phép đo chính xác sử dụng dữ liệu từ các kính thiên văn vô tuyến của Quỹ khoa học quốc gia Mỹ (NSF) đã cho thấy một dòng hạt hẹp di chuyển gần với vận tốc ánh sáng vào không gian liên sao sau một vụ sáp nhập sao neutron ở một thiên hà cách Trái Đất khoảng 130 triệu năm ánh sáng. Vụ sáp nhập này xảy ra vào tháng 8 năm 2017, nó đã gây ra sóng hấp dẫn truyền đi trong không gian. Đây là sự kiện đầu tiên được phát hiện cả bằng sóng hấp dẫn và sóng điện từ - bao gồm tia gamma, tia X, ánh sáng biểu kiến và sóng vô tuyến.
Sóng phát ra sau sáp nhập có tên là GW170817 này đã được quan sát bởi các kính thiên văn mặt đất cũng như không gian. Các nhà khoa học đã quan sát sự biến đổi của các sóng theo thời gian và sử dụng sự biến đổi đó làm đầu mối để tìm ra bản chất của hiện tượng nối tiếp sau vụ sáp nhập.
Một câu hỏi vẫn còn nổi rõ ngay cả sau khi vụ nổ đã diễn ra được vài tháng là liệu sự kiện này có tạo ra một dòng vật chất hẹp chuyển động nhanh vào không gian liên sao hay không. Việc này rất quan trọng vì những dòng như vậy là cần thiết để tạo ra một loại vụ nổ tia gamma mà các nhà lý thuyết cho rằng phải được sinh ra từ sự sáp nhập của các cặp sao neutron.
Câu trả lời đã tới khi các nhà thiên văn học sử dụng kết hợp tổ hợp kính bước sóng dài (VLBA), tổ hợp kính lớn (VLA) Karrl G. Jansky và Kính thiên văn Robert C. Byrd Green Bank (GBT) để khám phá ra một vùng phát xạ sóng vô tuyến từ vụ sáp nhập đã di chuyển nhanh tới mức cách giải thích duy nhất cho nó là sự có mặt của dòng vật chất như nêu trên.
Kunal Mooley ở Đài thiên văn vô tuyến quốc gia Mỹ (NRAO) và Caltech cho biết: "Chúng tôi đã đo được chuyển động biểu kiến nhanh gấp 4 lần ánh sáng. Hiện tượng ảo ảnh này được gọi là chuyển động siêu quang, sinh ra khi dòng vật chất gần hướng về phía Trái Đất và vật chất trong đó di chuyển gần với vận tốc ánh sáng."
Các nhà thiên văn đã quan sát đối tượng này trong 75 ngày sau vụ sáp nhập và sau đó lại quan sát thêm 230 ngày nữa.
Một nhà nghiên cứu ở Đại học Công nghệ Swinburne và từng làm ở NRAO là Adam Deller cho biết: "Dựa trên phân tích của chúng tôi, dòng vật chất này rất hẹp, chỉ rộng tối đa là 5 độ và chỉ lệch 20 độ so với Trái Đất. Nhưng để khớp với quan sát của chúng tôi, vật chất trong dòng phải được ném ra với vận tốc trên 97% vận tốc ánh sáng."
Kịch bản đáng chú ý là vụ sáp nhập xảy ra giữa hai sao neutron siêu đặc đã gây ra một vụ nổ đẩy một lớp vỏ vật chất dạng cầu ra phía ngoài. Hai sao neutron sụp đổ vào nhau để thành một lỗ đen và khi đó hấp dẫn cực mạnh của nó bắt đầu kéo vật chất ngược vào trong. Vật chất đó tạo thành một đĩa quay nhanh và gây ra hai dòng vật chất phóng ra từ hai cực của nó.
Một câu hỏi đã được đặt ra là có phải các dòng này phá vỡ lớp vỏ vật chất tàn dư ngay từ vụ nổ ban đầu hay không. Dữ liệu từ các quan sát cho thấy một dòng đã tương tác với vật chất tàn dư, tạo thành một cái "kén" vật chất lớn mở rộng ra phía ngoài. Một cái kén như vậy sẽ mở rộng chậm hơn so với dòng vật chất.
"Cách giải thích của chúng tôi là kén phát ra hầu hết lượng bức xạ vô tuyến trong 60 ngày đầu sau vụ sáp nhập, còn giai đoạn sau thì nguồn phát xạ vô tuyến chính là từ dòng vật chất," Ore Gottlieb ở Đại học Tel Aviv và là nhà lý thuyết chính của nghiên cứu nói.
Theo Gregg Halliman ở Caltech: "Chúng tôi đã may mắn khi quan sát được sự kiện này, bởi nếu dòng vật chất chỉ theo hướng quá xa Trái Đất thì phát xạ vô tuyến sẽ quá mờ để chúng tôi có thể phát hiện."
Các nhà khoa học cho biết việc phát hiện dòng vật chất chuyển động nhanh ở GW170817 tăng cường rõ rệt mối liên kết giữa các vụ sáp nhập sao neutron và các vụ nổ tia gamma ngắn. Họ bổ sung rằng các dòng vật chất cần chỉ theo hướng khá gần Trái Đất để vụ bùng nổ gamma có thể được phát hiện.
"Nghiên cứu của chúng tôi chứng minh rằng sự kết hợp quan sát từ VLBA, VLA và GBT có ý nghĩa rất to lớn đối với việc nghiên cứu các dòng vật chất và các vấn đề vật lý liên quan tới những sự kiện sóng hấp dẫn." Mooley nói.
Joe Pesce - giám đốc chương trình của NFS phụ trách NRAo - nói: "Sự kiện sáp nhập là quan trọng bởi nhiều lý do, và nó tiếp tục làm các nhà thiên văn kinh ngạc với nhiều thông tin hơn. Các dòng vật chất là những hiện tượng bí ẩn được quan sát thấy trong nhiều môi trường, và giờ đây những quan sát tinh tế ở dải quang phổ vô tuyến này đang mang lại cái nhìn hấp dẫn vào chúng, giúp chúng ta hiểu hơn cách mà chúng hoạt động,"
Mooley và các đồng nghiệp đã báo cáo những phát hiện này hôm mùng 5 tháng 9 vừa qua trên phiên bản online của tạp chí Nature.
Bryan
Theo Science Daily
