Các nhà nghiên cứu đã tìm ra một phương pháp mới để phát hiện một số sự kiện hợp nhất thảm khốc nhất trong vũ trụ trước khi chúng xảy ra.
Sao neutron, lõi cực kỳ dày đặc của những ngôi sao chết khổng lồ xoắn ốc về phía nhau hoặc vào một lỗ đen, có thể làm tăng sóng thủy triều trong đại dương của các hạt mang điện nặng xung quanh sao neutron. Các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng những sóng thủy triều này được biểu hiện bằng các vụ nổ bức xạ điện từ thường xuyên có thể đóng vai trò như một hệ thống cảnh báo sớm cho các vụ sáp nhập sắp xảy ra.
Sao neutron có lẽ là những vật thể cực đoan nhất trong vũ trụ. Đúng vậy, các lỗ đen có thể kỳ lạ hơn, nhưng chúng tương đối đơn giản - chúng chỉ có rất nhiều lực hấp dẫn. Ngược lại, sao neutron về cơ bản là hạt nhân nguyên tử khổng lồ, và điều này liên quan đến vật lý lý thú và phức tạp mà các lỗ đen không có.
Một ngôi sao neutron điển hình có đường kính chỉ vài km, nhưng có thể nặng gấp vài lần khối lượng của Mặt trời. Chúng hầu như bao gồm hoàn toàn là neutron (vì vậy có tên như vậy), nhưng lại chứa nhiều electron tự do, proton và ion của hạt nhân nặng. Chúng được sinh ra từ các siêu tân tinh - vụ nổ của những ngôi sao lớn đang chết - và một số trong số chúng có thể chứa từ trường mạnh nhất trong toàn bộ vũ trụ.
Bên trong các ngôi sao neutron là bí ẩn nhất vì áp suất và mật độ lớn đến mức chúng vượt quá kiến thức vật lý hiện tại của chúng ta. Một số mô hình cho rằng hạt nhân chỉ đơn giản là một dòng neutron đồng đều, trong khi những mô hình khác cho rằng bản thân neutron phân rã thành quark của chúng. Đằng sau lõi bên trong là một khối neutron cứng, mịn, từ từ biến đổi thành các dạng phức tạp hơn, chẳng hạn như khối và sợi, được gọi chung là hồ hạt nhân.
Người ta tin rằng lớp vỏ bên ngoài của một ngôi sao neutron bao gồm các electron và neutron siêu lỏng nhường chỗ cho một mạng tinh thể khi nó tiếp cận bề mặt. Cuối cùng là đại dương - một lớp các electron, neutron và ion lỏng ở độ sâu từ 10 đến 100 m.
Bản chất cực kỳ kỳ lạ của vật chất trong những điều kiện này - neutron siêu lỏng thường không xảy ra - khiến sao neutron trở thành ứng cử viên hàng đầu để nghiên cứu vật lý cực đoan. Ý tưởng này đã được hoàn thiện sau khi phát hiện ra GW 170817, một tín hiệu sóng hấp dẫn được phát hiện cùng với sự phát xạ điện từ của hai sao neutron hợp nhất. Đồng phát hiện, được gọi là thiên văn học đa sứ giả, cho phép các nhà vật lý thăm dò lõi của sao neutron hơn bao giờ hết.
Nhưng kể từ khi sóng hấp dẫn lần đầu tiên được phát hiện vào năm 2017, chúng ta chưa thấy bất kỳ sự kiện hợp nhất sao neutron nào khác, điều này thật đáng thất vọng vì sao neutron là một trong những phòng thí nghiệm tốt nhất của tự nhiên để thử nghiệm vật lý năng lượng cao.
Nhưng giờ đây, một phương pháp mới để quan sát hành vi kỳ lạ của sao neutron có nghĩa là chúng ta sẽ không phải đợi lâu nữa. Bài báo mới, được xuất bản vào tháng trong cơ sở dữ liệu arXiv, tập trung vào các đại dương của các sao neutron, ngoài các electron và neutron tự do, còn có thể chứa carbon, oxy và sắt. Mặc dù các đại dương tương đối nông so với toàn bộ độ sâu của sao neutron, nhưng chúng là lớp ngoài cùng (không tính "khí quyển" cực kỳ mỏng) và là phần của sao neutron dễ phản ứng nhất với vũ trụ bên ngoài.
Đặc biệt, các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng những đại dương nông này có thể hỗ trợ thủy triều giống như các đại dương trên Trái đất. Nhưng để nâng thủy triều lên một ngôi sao neutron đòi hỏi lực hấp dẫn lớn hơn rất nhiều để vượt qua tất cả lực hấp dẫn cực đoan đó. Thủy triều ở sao neutron chỉ xuất hiện khi sao neutron đủ gần với một vật thể có khối lượng lớn, dày đặc, chẳng hạn như một ngôi sao neutron khác hoặc một lỗ đen.
May mắn thay, các hệ nhị phân như vậy tương đối phổ biến, vì các ngôi sao thường hình thành trong nhiều hệ thống và sau đó trải qua vòng đời của chúng, cuối cùng để lại sự kết hợp giữa các lỗ đen và sao neutron.
Khi một ngôi sao neutron bắt đầu hợp nhất với một ngôi sao neutron hoặc lỗ đen khác, các vật thể sẽ từ từ xoắn lại với nhau trong vài năm. Khi chúng quay, sóng hấp dẫn lấy năng lượng từ hệ thống, kéo cặp đôi lại gần nhau hơn. Rốt cuộc, trong những giây phút cuối cùng, việc sáp nhập được hoàn thành chỉ trong vài giây.
Nhưng trước khi điều đó xảy ra, vệ tinh quay quanh quỹ đạo có thể kích hoạt một loạt thủy triều cộng hưởng trên sao neutron. Những thủy triều này có thể duy trì tần số lên tới 100 megahertz và mang theo năng lượng khổng lồ 10 ^ 29 jun. Để cho bạn biết con số đó lớn đến mức nào, toàn bộ loài người chỉ sử dụng 10 ^ 20 jun mỗi năm. Sóng cộng hưởng của một ngôi sao neutron có năng lượng lớn hơn tất cả các bức xạ của Mặt trời trong 10 nghìn năm.
Không giống như sóng biển, những đợt thủy triều này bao gồm một đại dương plasma. Các điện tích cực đại có nghĩa là thủy triều có thể phát ra các vụ nổ bức xạ điện từ cường độ cao có thể xuất hiện đối với chúng ta dưới dạng các vụ nổ tia X và tia gamma.
Dựa trên tính toán của họ, các nhà nghiên cứu ước tính rằng các đài quan sát không gian như Kính viễn vọng tia gamma không gian Fermi và Mảng kính viễn vọng quang phổ hạt nhân (NuSTAR) có thể phát hiện một số sao neutron mỗi năm và những tín hiệu này sẽ xuất hiện vài năm trước khi kết thúc sự hợp nhất.
Với cảnh báo này, các nhà thiên văn học có thể chuẩn bị kính thiên văn và đài quan sát của họ để sẵn sàng nắm bắt thời điểm của sự hợp nhất và nghiên cứu dữ liệu sóng hấp dẫn và điện từ thậm chí còn có giá trị hơn.
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.
Đăng ký các trang của chúng tôi trong Twitter và Facebook.
Đọc thêm: