Trong một báo cáo năm 2021, các nhà thiên văn học đã làm chấn động giới khoa học khi phát hiện ra 8 sao xung millisecond (sao xung ms) cực kỳ hiếm ẩn mình trong các cụm sao cầu bao quanh dải Ngân Hà. Những ngôi sao này, với tốc độ xoay chóng mặt, mở ra những hiểu biết mới về vật chất và năng lượng trong vũ trụ.
Sao Xung: “Cối Xay” Vũ Trụ Với Tốc Độ Chóng Mặt
Sao xung, hay pulsar, là những sao neutron đậm đặc, xoay với tốc độ cực nhanh. Chúng có khối lượng ít nhất gấp 1,4 lần Mặt Trời nhưng lại có kích thước nhỏ hơn nhiều. Sao xung thường được hình thành sau sự kiện siêu tân tinh, khi một ngôi sao lớn sụp đổ, khiến vật chất ở lõi bị nén lại. Do vẫn giữ phần lớn mô men động lượng ban đầu trong khi bán kính co lại đáng kể, sao xung có tốc độ quay cực cao, phát ra các xung sóng vô tuyến đều đặn.
Tốc độ xoay của sao xung nhanh đến mức lực ly tâm làm biến dạng bức xạ thành hình nón đôi. Hình nón này quét qua không gian, và ta chỉ có thể quan sát được sao xung khi chùm bức xạ quét qua Trái Đất. Điều này giải thích vì sao một số sao xung, dù ở gần Trái Đất, vẫn khó bị phát hiện.
Có ba loại sao xung chính được phân loại dựa trên nguồn năng lượng phát ra sóng vô tuyến:
- Sao xung có năng lượng biến đổi: Năng lượng mất đi trong quá trình quay tạo ra sóng vô tuyến.
- Sao xung tích tụ năng lượng: Phát ra tia X khi vật chất từ sao đồng hành rơi vào, làm tăng trường hấp dẫn và tạo ra năng lượng.
- Sao từ: Sóng vô tuyến được phát ra từ những vùng có từ trường suy yếu.
Mặc dù có sự khác biệt về trạng thái và tính chất vật lý, các loại sao xung này có mối liên hệ mật thiết với nhau. Ví dụ, sao xung phát ra tia X thường là các sao xung có năng lượng biến đổi đã “về già”, mất gần hết năng lượng. Chúng được tái tạo khi nhận được vật chất và mô men động lượng từ các sao đồng hành.
Sao Xung Millisecond: Những “Đồng Hồ” Siêu Chính Xác
Hầu hết các sao xung quay một vòng quanh trục trong vài phần nghìn giây, tương đương vài vòng mỗi giây. Tuy nhiên, một số trường hợp đặc biệt có thể xoay hàng trăm vòng mỗi giây, được gọi là sao xung millisecond (sao xung ms). Sao xung ms rất hiếm trong vũ trụ, chúng chỉ có thể đạt được tốc độ xoay như vậy khi nằm trong hệ nhị phân.
Trong hệ thống này, hai thiên thể quay quanh nhau. Đối với sao xung ms, bạn đồng hành của nó thường là một ngôi sao giống Mặt Trời, sao lùn trắng, hố đen hoặc sao nâu. Để đạt tốc độ quay cực nhanh, sao xung ms cần “đánh cắp” vật chất từ ngôi sao đồng hành trong một thời gian dài, lên tới hàng tỷ năm.
Sao xung ms được ví như những “đồng hồ” siêu chính xác của vũ trụ. Tốc độ quay ổn định hơn nhiều so với sao xung thông thường, chúng phù hợp với các thí nghiệm đòi hỏi độ chính xác cao. Các cụm sao cầu, với số lượng sao lớn và lực hấp dẫn mạnh, là địa điểm lý tưởng để tìm kiếm sao xung ms.
Khám Phá Mới: Tám Sao Xung Millisecond Trong Cụm Sao Cầu
Trong nghiên cứu mới, các nhà khoa học đã sử dụng kính thiên văn MeerKAT để khảo sát chín cụm sao cầu. Kết quả đáng kinh ngạc là họ đã phát hiện ra tới tám sao xung ms mới, một trong những khám phá lớn nhất về sao xung ms từ trước đến nay.
Trong số tám thiên thể mới này, PSR J1823-3021G là một trường hợp đặc biệt. Nó có quỹ đạo rất elip, cho thấy ngôi sao neutron ban đầu của nó có thể đã từng có một sao đồng hành nhẹ hơn, sau đó bị thay thế bởi một ngôi sao nặng hơn do va chạm. PSR J1823-3021G cũng là sao xung ms nặng nhất được biết đến, với khối lượng gấp hơn hai lần Mặt Trời.
Các nhà nghiên cứu hy vọng trong tương lai sẽ tìm thấy các hệ thống nhị phân phức tạp hơn, ví dụ như hai sao xung ms quay quanh nhau hoặc một sao xung ms quay quanh hố đen. Để đạt được mục tiêu này, cần có những hệ thống kính thiên văn tiên tiến hơn.
Sao Neutron và Lỗ Đen: Những Vật Thể Bí Ẩn Của Vũ Trụ
Sao neutron là những vật thể thiên văn cực kỳ phức tạp. Dù có thể được mô tả đơn giản, chúng vẫn cho thấy những điểm tương đồng với lỗ đen. Để hiểu rõ hơn về sao neutron, các nhà khoa học phải đối mặt với thách thức mô tả chúng ở cấp độ vật lý hạt nhân. Vật chất tạo nên sao neutron vô cùng phức tạp, và hiện chưa có phương trình trạng thái nào mô tả chúng một cách chính xác.
Lỗ đen, cũng là kết quả của sự sụp đổ của một ngôi sao lớn, được coi là những vật thể “hoàn hảo” nhất trong vũ trụ. Chúng được mô tả đơn giản bằng ba tham số: khối lượng, điện tích và mô men động lượng. Chân trời sự kiện của lỗ đen là một bề mặt hoàn toàn nhẵn, không có đặc điểm nào, và chúng tuân theo các định luật nhiệt động lực học. Ở lõi của lỗ đen là một điểm kỳ dị, nơi lực hấp dẫn vô cùng mạnh và các định luật vật lý mà chúng ta biết bị phá vỡ.
Kết luận
Việc phát hiện ra tám sao xung millisecond mới đã mang lại những hiểu biết sâu sắc hơn về vũ trụ. Sao xung, đặc biệt là sao xung ms, không chỉ là những đối tượng thiên văn kỳ thú mà còn là công cụ để các nhà khoa học nghiên cứu các định luật vật lý trong điều kiện khắc nghiệt nhất. Trong tương lai, với sự phát triển của công nghệ, chúng ta sẽ tiếp tục khám phá ra nhiều điều kỳ diệu hơn nữa về vũ trụ bao la này.
Tài liệu tham khảo:
- Nguồn bài viết gốc
- Các bài báo khoa học liên quan đến sao xung và lỗ đen.