Các vật thể vũ trụ giả định cực kỳ dày đặc và kỳ lạ được gọi là "các ngôi sao quark lạ" có thể tồn tại trong vũ trụ. Trong khi các nhà vật lý thiên văn tiếp tục tranh luận về sự tồn tại của các ngôi sao quark, một nhóm các nhà vật lý đã phát hiện ra rằng tàn tích của một sự hợp nhất sao neutron được quan sát vào năm 2019 có chính xác khối lượng cần thiết để làm một.
Khi các ngôi sao chết đi, lõi của chúng co lại rất nhiều để chúng biến thành các dạng vật thể mới. Ví dụ, khi Mặt trời cuối cùng chết đi, nó sẽ để lại một ngôi sao lùn trắng, một quả cầu có kích thước bằng hành tinh gồm các nguyên tử carbon và oxy bị nén cao. Khi những ngôi sao lớn hơn nữa nổ tung trong những vụ nổ đại hồng thủy được gọi là siêu tân tinh, chúng sẽ để lại những ngôi sao neutron. Những vật thể cực kỳ dày đặc này chỉ có chiều ngang vài km, nhưng khối lượng của chúng có thể gấp vài lần Mặt trời. Như tên gọi của chúng cho thấy, chúng được cấu tạo gần như hoàn toàn từ các neutron tinh khiết, khiến chúng thực sự là những hạt nhân nguyên tử dài hàng km.
Các ngôi sao neutron kỳ lạ đến mức các nhà vật lý vẫn chưa hiểu hết về chúng. Mặc dù chúng ta có thể quan sát cách các sao neutron tương tác với môi trường của chúng và đưa ra một số phỏng đoán tốt về những gì xảy ra với vật chất neutron gần bề mặt này, thành phần của lõi của chúng vẫn khó nắm bắt.
Vấn đề là neutron không hoàn toàn là các hạt cơ bản. Mặc dù chúng kết hợp với proton để tạo thành hạt nhân nguyên tử, nhưng bản thân neutron được tạo thành từ các hạt thậm chí còn nhỏ hơn gọi là quark.
Có sáu loại, hoặc hương liệu, quark: lên, xuống, trên, dưới, kỳ lạ và quyến rũ. Một neutron bao gồm hai quark xuống và một quark lên. Nếu bạn làm phẳng quá nhiều nguyên tử với nhau, chúng sẽ biến thành một quả cầu neutron khổng lồ. Vì vậy, nếu bạn ép quá nhiều neutron lại với nhau, liệu chúng có biến thành một quả cầu quark khổng lồ không?
Các câu trả lời từ "có thể" đến "khó." Vấn đề là các quark thực sự không thích ở một mình. Lực hạt nhân mạnh, liên kết các quark trong hạt nhân, thực sự tăng lên theo khoảng cách. Nếu bạn cố gắng kéo hai hạt quark lại với nhau, lực kéo chúng lại sẽ tăng lên. Cuối cùng, năng lượng hấp dẫn giữa chúng trở nên lớn đến mức các hạt mới xuất hiện trong chân không, bao gồm các hạt quark mới, liên kết vui vẻ với các hạt đã tách rời.
Nếu bạn muốn tạo ra một vật thể vĩ mô từ các quark lên hoặc xuống tạo nên neutron, vật thể đó sẽ nổ rất nhanh và rất dữ dội.
Nhưng có lẽ có một cách sử dụng quark kỳ lạ. Tự bản thân, các quark lạ khá nặng, và khi chúng được phép nghỉ ngơi, chúng nhanh chóng phân rã thành các quark nhẹ hơn và nhẹ hơn. Tuy nhiên, khi số lượng lớn các hạt quark được kết hợp với nhau, tính chất vật lý có thể thay đổi. Các nhà vật lý đã phát hiện ra rằng các quark kỳ lạ có thể liên kết với các quark lên và xuống để tạo thành các bộ ba được gọi là sao nhỏ, có thể ổn định - nhưng chỉ dưới áp lực cực lớn.
Nếu bạn nén một ngôi sao neutron quá nhiều, tất cả các neutron sẽ mất khả năng nâng đỡ ngôi sao và nó phát nổ tạo thành một lỗ đen. Nhưng có thể có một giai đoạn trung gian, nơi áp suất đủ cao để hòa tan neutron và hình thành một ngôi sao quark lạ, nhưng không đủ mạnh để lực hấp dẫn tiếp quản.
Các nhà thiên văn học không kỳ vọng sẽ tìm thấy nhiều ngôi sao lạ trong vũ trụ, những vật thể này nên nặng hơn sao neutron nhưng nhẹ hơn lỗ đen, và không có nhiều chỗ để điều động. Và vì chúng ta không hiểu đầy đủ về vật lý của các ngôi sao lạ, chúng ta thậm chí không biết khối lượng chính xác mà tại đó các ngôi sao lạ có thể tồn tại.
Nhưng một nhóm các nhà thiên văn gần đây đã xem xét GW190425, một sự kiện sóng hấp dẫn gây ra bởi sự hợp nhất của hai ngôi sao neutron được quan sát vào năm 2019. Cùng với lượng sóng hấp dẫn khổng lồ, sự hợp nhất của các sao neutron dẫn đến việc hình thành một kilonova, một vụ nổ mạnh hơn một nova bình thường nhưng yếu hơn một siêu tân tinh. Mặc dù các nhà thiên văn học không thể phát hiện ra tín hiệu điện từ sự kiện này, nhưng họ đã quan sát thấy một sự kiện tương tự vào năm 2017 tạo ra cả sóng hấp dẫn và bức xạ.
Khi hai sao neutron hợp nhất, có một số lựa chọn cho sự phát triển của các sự kiện tùy thuộc vào khối lượng, vòng quay và góc va chạm của chúng. Theo tính toán lý thuyết, các sao neutron có thể phá hủy lẫn nhau, tạo thành một lỗ đen, hoặc tạo ra một ngôi sao neutron lớn hơn một chút.
Và theo một nghiên cứu mới, những va chạm vũ trụ này có thể dẫn đến sự hình thành của một ngôi sao quark lạ.
Nhóm nghiên cứu ước tính rằng khối lượng của vật thể còn sót lại sau vụ sáp nhập năm 2019 nằm trong khoảng từ 3,11 đến 3,54 lần khối lượng Mặt Trời. Dựa trên hiểu biết tốt nhất của chúng tôi về cấu trúc của các sao neutron, đó là khối lượng quá lớn và lẽ ra phải phát nổ thành một lỗ đen. Nhưng nó cũng nằm trong phạm vi khối lượng cho phép của các mô hình cấu trúc của những ngôi sao kỳ lạ này.
Còn quá sớm để nói liệu GW190425 2019 có phải là lần quan sát đầu tiên của chúng ta về một ngôi sao hiếm có hạt quark lạ hay không, nhưng những quan sát trong tương lai (và nhiều công việc lý thuyết hơn) có thể giúp các nhà thiên văn xác định chính xác vị trí của một trong những sinh vật kỳ lạ này.
Bạn có thể giúp Ukraine chiến đấu chống lại những kẻ xâm lược Nga. Cách tốt nhất để làm điều này là quyên góp quỹ cho Các lực lượng vũ trang của Ukraine thông qua Cuộc sống tiết kiệm hoặc thông qua trang chính thức NBU.
Đọc thêm:
- Những ngôi sao khổng lồ có thể "đánh cắp" các hành tinh
- Máy Va chạm Hadron Lớn đã giúp tìm ra một phương pháp mới để đo khối lượng quark