Lần đầu tiên trong lịch sử, con người tận mắt chứng kiến hai sao neutron sáp nhập nhau tạo ra sóng hấp dẫn

Một vụ va chạm giữa 2 ngôi sao neutron, cách chúng ta 130 năm ánh sáng đã được các nhà khoa học ghi lại được. Sự kiện này được đặt tên là GW170817. Đây là sự kiện tạo ra sóng hấp dẫn được tiên đoán từ lâu nhưng đến bây giờ các nhà khoa học mới có cơ hội quan sát trực tiếp.

• Phát hiện sóng hấp dẫn mới từ hai hố đen va chạm cách chúng ta 3 tỷ năm ánh sáng
• Giải Nobel Vật lý 2017 được trao cho nghiên cứu về sóng hấp dẫn
• Hành trình đi tìm sóng hấp dẫn và những phát hiện thế giới chưa từng thấy

Chính nhờ bắt được sóng hấp dẫn phát ra từ vụ va chạm, các nhà thiên văn đã biết được thời gian và vị trí của vụ va chạm. Đây cũng là lần đầu tiên họ quan sát được sóng hấp dẫn và sóng quang học trong cùng một thời điểm.

Cách đây hơn 1 thế kỷ, Albert Einstein đã đưa ra những dự đoán về sóng hấp dẫn nhưng mãi cho đến năm 2016, các nhà khoa học mới lần đầu tiên xác định được nó. Tính tới thời điểm hiện tại, đã có 4 nguồn phát sóng hấp dẫn từ sự va chạm của các cặp hố đen được xác định.

Đồ họa mô phỏng vụ nổ tia gamma khi hai sao neutron sáp nhập vào nhau. (Ảnh: ESO/L. Calçada/M. Kornmesser.)

Ngoài sự sáp nhập hố đen, nếu hai sao neutron va chạm vào nhau cũng tạo ra sóng hấp dẫn. Và lần xác định sóng hấp dẫn thứ 5 này, chính là sự chạm nhau của hai sao neutron.

Cho đến nay, các nhà khoa học vẫn chưa quan sát được va chạm của các cặp hố đen bởi chúng hút hết mọi thứ kể cả ánh sáng và hệ thống đài trạm quan sát ở Trái Đất chỉ quét được một vùng nhỏ trên bầu trời. Năm 2016, chúng ta mới chỉ có hai máy dò sóng hấp dẫn của LIGO đặt ở Louisiana và Washington của Hoa Kỳ.

Ảnh minh họa: Internet.

Đến năm 2017, máy dò Virgo ở Ý chính thức đi vào hoạt động đã mở rộng vùng quét trên bầu trời và nâng độ chính xác lên khoảng 10 lần. Nhưng điều này vẫn chưa đủ để giúp chúng ta quan sát được vụ va chạm của hai hố đen, về cơ bản chúng vẫn hoàn toàn vô hình.

Nhưng các sao neutron thì khác, chúng phát sáng nên hoàn toàn có thể quan sát được.

Để quan sát được sự kiện GW170817, khoảng 70 điểm trạm quan sát trên Trái Đất đã cùng tham gia với Virgo và LIGO để quét vùng bầu trời thuộc chòm sao Hydra, ngay cạnh thiên hà NGC 4993.

LIGO là cỗ máy đầu tiên bắt được tín hiệu vào ngày 17 tháng 8. Chỉ khoảng 1,7 giây sau đó, hai đài quan sát của NASA và ESA đã ghi nhận được một nổ tia gamma dữ dội. Đây là sự kiện sáng nhất và nhiều năng lượng nhất đến từ một vùng trời trong vũ trụ.

Ảnh minh họa: Internet.

Vụ va chạm giữa hai sao neutron độ dài của sóng kéo dài đến khoảng 100 giây, trong khi sóng ở các vụ va chạm của hai hố đen chỉ có độ dài vào một phần nhỏ của giây.

Sao neutron là những gì còn sót lại sau khi một ngôi sao siêu nặng kết thúc “cuộc đời”. Ngôi sao tự sụp đổ vào trong lõi, ép các proton và electron thành notron và neutrino. Các hạt Neutrino thoát được ra bên ngoài, nhưng notron bị “mắc kẹt” và bị nén lại vào lõi của ngôi sao, vùng không gian có đường kính chỉ từ 10 đến 20 km.

Lõi này trở thành một sao neutron nếu nó có khối lượng nhỏ hơn ba lần khối lượng Mặt Trời còn nếu lớn hơn như thế, nó sẽ trở thành một hố đen.

Trong sự kiện GW170817, hai sao neutron có khối lượng vào khoảng 1,1 lần và 1,6 lần so với khối lượng Mặt Trời, chuyển động quanh nhau ở khoảng cách 300 km, làm bẻ cong không-thời gian xung quanh và tạo ra những cơn sóng lan tỏa khắp vũ trụ.

Khi quan sát từ Trái Đất, chúng ta chỉ quan sát được sự thay đổi độ sáng trong lúc sự kiện xảy ra. Nó là một quả cầu lửa khổng lồ liên tục bắn phá tia gamma vào vũ trụ. Video dưới đây sẽ cho bạn thấy rõ quá trình xảy ra sự kiện GW170817.

Điểm sáng nhất ở giữa là thiên hà NGC 4993, và dịch về phía trên bên trái một chút (điểm sẽ đổi màu) chính là nơi diễn ra sự kiện GW170817.

Sự kiện này đã giúp các nhà khoa học khẳng định được những vụ nổ tia gamma có nguyên nhân từ vụ sáp nhập của hai sao neutron, điều mà họ đã nghi ngờ từ lâu nhưng bây giờ mới có bằng chứng cụ thể.

Nhờ sóng hấp dẫn, các nhà khoa học xác định được vật thể va chạm có khối lượng tương đương sao neutron, nhưng đó không phải là những hố đen vì tia gamma bắn ra quá dữ dội.

Các đài quan sát sẽ tiếp tục quan sát vụ va chạm trong thời gian tới để tìm hiểu thêm về trạng thái vật chất còn sót lại sau vụ va chạm.

Kết quả của nghiên cứu được LIGO-Virgo công bố trên Tạp chí Physical Review Letters.