Các nhà thiên văn học đã phát hiện những “dao động” kỳ lạ trong đường cong ánh sáng của một supernova siêu sáng, gợi ý rằng một sao từ đã được sinh ra bên trong vụ nổ sao dữ dội này.
Lần đầu tiên, các nhà thiên văn học đã chứng kiến sự ra đời của một trong những nam châm mạnh nhất trong vũ trụ, một sao từ (magnetar), tại trung tâm của một supernova sáng bất thường, nhờ một hiệu ứng được Albert Einstein dự đoán.
Theo các nhà nghiên cứu, phát hiện thú vị này là lần đầu tiên thuyết tương đối rộng cần được sử dụng để mô tả cơ chế của một ngôi sao đang nổ.
Sao từ là phiên bản “siêu tích điện” của sao neutron - những tàn dư siêu đặc còn lại sau các vụ nổ dữ dội của các sao khổng lồ - chứa khối lượng tương đương Mặt Trời nhưng bị nén vào một không gian chỉ rộng vài dặm. Những tàn dư sao này quay cực kỳ nhanh, do đó tạo ra một từ trường mạnh mẽ. Nhưng sao từ còn đẩy điều này đến cực hạn, với từ trường mạnh đến mức có thể xé rời từng nguyên tử.
Trong hơn một thập kỷ, các nhà nghiên cứu đã dự đoán rằng sự hình thành của sao từ có thể giúp giải thích các “supernova siêu sáng,” vốn sáng gấp ít nhất 10 lần so với hầu hết các vụ nổ sao khác. Về lý thuyết, những màn trình diễn ánh sáng hiếm hoi này có thể xảy ra nếu một sao từ hình thành tại trung tâm của supernova, bởi vì từ tính cực mạnh của tàn dư sao có thể tiếp tục gia tốc sự phóng ra của các hạt mang điện. Tuy nhiên, cho đến nay, chưa ai có thể chứng minh điều này.
Tuy nhiên, trong một nghiên cứu mới được công bố ngày 11 tháng 3 trên tạp chí Nature, các nhà thiên văn học đã phát hiện bằng chứng về hiện tượng này xảy ra bên trong một supernova siêu sáng, được đặt tên là SN 2024afav, đã bùng nổ trên bầu trời đêm vào tháng 12 năm 2024.
Sau khi phân tích supernova siêu sáng SN 2024afav, các nhà nghiên cứu đã tìm thấy những dao động rõ rệt trong đường cong ánh sáng của nó mà chỉ có thể được giải thích bởi sự hiện diện của một sao từ. (Nguồn ảnh: Joseph Farah và cộng sự/UC Berkeley)
Bằng cách phân tích đường cong ánh sáng của SN 2024afav - phát sáng trong hơn 200 ngày và được quan sát bởi hơn 20 kính thiên văn trên toàn cầu - nhóm nghiên cứu phát hiện rằng sau khi đạt đến độ sáng cực đại, vụ nổ không mờ dần một cách đều đặn như các supernova khác. Thay vào đó, độ sáng của nó tăng và giảm ít nhất bốn lần, điều mà các nhà nghiên cứu cho rằng là bằng chứng về sự tham gia của một sao từ.
“Đây là bằng chứng dứt khoát cho thấy một sao từ hình thành như kết quả của sự sụp đổ lõi của một supernova siêu sáng,” đồng tác giả nghiên cứu Alexei Filippenko, một nhà thiên văn học tại Đại học California (UC) Berkeley, cho biết trong một tuyên bố. Ông nói thêm rằng đây cũng là lần đầu tiên chúng ta từng chứng kiến một sao từ được sinh ra, điều này “thực sự rất thú vị.”
Trước đây, các nhà thiên văn học đã quan sát những hiện tượng khác có thể tạo ra sao từ, chẳng hạn như sự hợp nhất của hai sao neutron nhỏ hơn. Tuy nhiên, nghiên cứu mới này là bằng chứng trực tiếp đầu tiên về sự ra đời của một sao từ.
Các nhà nghiên cứu cũng ước tính các đặc tính vật lý của sao từ mới sinh dựa trên dữ liệu mà họ phân tích. Họ cho rằng nó có thể quay mỗi 4,2 mili giây (238 lần mỗi giây) và từ trường của nó mạnh hơn khoảng 300 nghìn tỷ lần so với từ trường của Trái Đất, vốn bảo vệ hành tinh của chúng ta khỏi các cơn bão Mặt Trời nguy hiểm tiềm tàng.
“Ngọn hải đăng nhấp nháy của vũ trụ”
Các dao động trong đường cong ánh sáng của SN 2024afav có khả năng là kết quả của một đĩa bồi tụ bao quanh sao từ mới sinh. Đĩa này được tạo thành từ khí và bụi của ngôi sao đang nổ, bị kéo ngược trở lại về phía tàn dư sao bởi lực hấp dẫn khổng lồ của nó. Điều này tương tự với các đĩa có thể quan sát được quanh các lỗ đen nhưng gần như chắc chắn là bất đối xứng, nghĩa là nó không thẳng hàng với trục quay của sao từ.
Thuyết tương đối rộng của Einstein cho chúng ta biết rằng một đĩa như vậy sẽ chịu tác động của một hiệu ứng được gọi là tiến động Lense–Thirring, khiến nó dao động so với trục quay của sao từ, làm cho nó sáng lên và mờ đi khi đi qua đường ngắm giữa tàn dư sao và Trái Đất.
“Một đĩa dao động có thể định kỳ chặn và phản xạ ánh sáng từ sao từ, biến toàn bộ hệ này thành một ngọn hải đăng vũ trụ nhấp nháy,” các đại diện của UC Berkeley viết trong tuyên bố.
Lần đầu tiên, các nhà nghiên cứu đã quan sát thấy một sao từ hình thành tại trung tâm của một supernova siêu sáng. (Hình ảnh này, được chụp bởi kính thiên văn không gian Chandra của NASA, cho thấy một tàn dư supernova với một sao lùn trắng ở trung tâm.) (Nguồn ảnh: NASA)
Các nhà nghiên cứu đã phát hiện bốn dao động trong đường cong ánh sáng của supernova, với mỗi dao động mới đều ngắn hơn và yếu hơn dao động trước đó. Kiểu dao động này tương tự nhịp điệu của một số tiếng chim hót, khiến nhóm nghiên cứu gọi các dao động này là “chirp,” và đây cũng chính là điều được dự đoán từ hiệu ứng Lense–Thirring.
“Chúng tôi đã kiểm tra một số giả thuyết, bao gồm các hiệu ứng thuần Newton và sự tiến động do từ trường của sao từ gây ra, nhưng chỉ có tiến động Lense–Thirring là phù hợp hoàn hảo với thời gian quan sát,” tác giả chính của nghiên cứu Joseph Farah, một nghiên cứu viên sắp tới tại UC Berkeley và hiện là nghiên cứu sinh tiến sĩ tại Đài quan sát Las Cumbres ở California, nơi SN 2024afav lần đầu được phát hiện, cho biết trong tuyên bố. “Đây cũng là lần đầu tiên thuyết tương đối rộng cần được sử dụng để mô tả cơ chế của một supernova.”
Đối với các nhà nghiên cứu lần đầu đề xuất ý tưởng này, những phát hiện mới là “bằng chứng quyết định” cho thấy họ đã đúng từ đầu, các đại diện UC Berkeley cho biết.
“Trong nhiều năm, ý tưởng về sao từ gần như giống như một ‘màn ảo thuật’ của các nhà lý thuyết - che giấu một động cơ mạnh mẽ phía sau các lớp mảnh vỡ của supernova,” Dan Kasen, một nhà vật lý thiên văn tại UC Berkeley, người từng là một trong những người đầu tiên đề xuất giả thuyết Lense–Thirring nhưng không tham gia nghiên cứu mới, cho biết trong tuyên bố. “Tín hiệu ‘chirp’ trong supernova này giống như việc động cơ đó vén màn và cho thấy rằng nó thực sự tồn tại.”
Những phát hiện mới không có nghĩa là tất cả các supernova siêu sáng đều liên quan đến sao từ, bởi vì các nhà nghiên cứu khác đã chỉ ra rằng những vụ nổ sáng này cũng có thể được gây ra bởi các “kén” khí và bụi bao quanh các ngôi sao đang nổ. Tuy nhiên, nhóm nghiên cứu hiện đang lên kế hoạch điều tra xem nguyên nhân nào trong số này phổ biến hơn trong toàn bộ vũ trụ.
Các nhà nghiên cứu kỳ vọng sẽ tìm thấy hàng chục supernova “chirp” tương tự trong vài năm tới, sử dụng Đài quan sát Vera C. Rubin mới đi vào hoạt động tại Chile, mà họ cho rằng rất phù hợp để phát hiện những tín hiệu dao động này.
Tuấn Phong
Theo Livescience
