Sao neutron: Loại sao siêu đặc nặng 1 tỷ tấn mỗi cm3

Sao neutron là một trong những vật thể cực đoan và bạo lực nhất trong vũ trụ. Nó giống như những hạt nhân nguyên tử khổng lồ có đường kính vài km nhưng nặng như những ngôi sao. Sự tồn tại của nó bắt nguồn từ cái chết của thứ gì đó lớn hơn.

Những ngôi sao tồn tại dựa trên sự cân bằng mong manh. Hàng tỷ đến hàng tỷ tỷ tấn plasma nóng bị lực hấp dẫn kéo vào bên trong và vật chất bị ép bằng một lực lớn đến mức các hạt nhân hợp nhất với nhau. Hydro hợp nhất thành heli. Quá trình này giải phóng năng lượng phản lại lực hấp dẫn để cố gắng thoát ra ngoài. Miễn là sự cân bằng này tồn tại các ngôi sao khá ổn định.

Cuối cùng, hydro sẽ cạn kiệt. Các ngôi sao trung bình như Mặt trời sẽ trải qua một giai đoạn trở nên to lớn hơn nơi chúng đốt cháy heli thành carbon và oxy trước khi biến thành sao lùn trắng. Nhưng ở những ngôi sao có khối lượng gấp nhiều lần Mặt trời mọi thứ trở nên thú vị khi heli cạn kiệt. Trong một khoảnh khắc sự cân bằng giữa áp suất và bức xạ bị phá vỡ và lực hấp dẫn chiến thắng nén ngôi sao chặt hơn trước.

Phần lõi nóng hơn và chuyển động nhanh hơn trong khi các lớp bên ngoài của ngôi sao phồng lên gấp hàng trăm lần hợp nhất các nguyên tố nặng hơn và nặng hơn nữa. Carbon cháy thành neon trong nhiều thế kỷ. Neon thành oxy trong một năm, oxy thành silicon trong vài tháng và silicon thành sắt trong một ngày. Cuối cùng là cái chết. Sắt là “tàn tro” hạt nhân. Nó không có năng lượng để cho đi và không thể hợp nhất.

Sự hợp nhất đột ngột dừng lại và cân bằng kết thúc. Nếu không có áp lực hướng ra ngoài từ phản ứng tổng hợp lõi sẽ bị nghiền nát bởi trọng lượng khổng lồ của lớp vỏ.

Các hạt như electron và proton thực sự không muốn ở gần nhau. Nhưng áp suất của ngôi sao đang sụp đổ lớn đến mức các electron và proton hợp nhất thành neutron sau đó chúng ép chặt vào nhau như hạt nhân nguyên tử. Điều này giống như ép một quả cầu sắt lớn bằng Trái đất thành một quả cầu hạt nhân có kích thước chỉ bằng thành phố. Nhưng không chỉ phần lõi cả ngôi sao sẽ sụp đổ. Lực hấp dẫn kéo các lớp bên ngoài vào trong với tốc độ bằng 25% tốc độ ánh sáng. Vụ nổ này bật ra khỏi lõi sắt của ngôi sao tạo ra làn sóng xung kích tỏa ra ngoài và thổi bay vật chất của ngôi sao vào không gian. Sự kiện này được gọi là vụ nổ siêu tân tinh và nó rọi sáng toàn bộ thiên hà.

Sau vụ nổ, một ngôi sao neutron hình thành. Khối lượng của nó gấp khoảng một triệu lần Trái đất nhưng bị nén lại thành một vật thể rộng khoảng 25km. Nó đặc đến mức khối lượng của toàn bộ con người trên Trái đất chỉ bằng 1cm3 vật chất sao neutron. Đó là khoảng 1 tỷ tấn trong một không gian có kích thước bằng viên đường. Nói cách khác đó là đỉnh Everest trong một tách cà phê. Nhìn từ bên ngoài sao neutron cực đoan đến khó tin. Lực hấp dẫn của nó chỉ thua kém hố đen và nếu đặc hơn, nó sẽ thành một hố đen.

Ánh sáng bị bẻ cong xung quanh sao neutron có nghĩa là bạn có thể nhìn thấy mặt trước và cả một phần của mặt sau của nó. Bề mặt sao neutron đạt tới 1.000.000 độ C so với 6.000 độ C của Mặt trời. Bây giờ, hãy nhìn vào bên trong nó. Mặc dù các hạt nhân nguyên tử khổng lồ này là những ngôi sao chúng cũng giống hành tinh theo nhiều cách với lớp vỏ rắn bao bọc lõi lỏng. Lớp vỏ sao neutron cực kỳ rắn chắc. Các lớp ngoài cùng được tạo nên từ sắt còn sót lại sau vụ nổ siêu tân tinh, thứ bị ép chặt với nhau trong một mạng tinh thể.

Với một biển electron chạy qua chúng. Càng xuống sâu lực hấp dẫn càng ép các hạt nhân lại gần nhau hơn có nghĩa là càng ít proton vì hầu hết đã hợp nhất thành neutron cho đến khi chạm đến phần đáy của lớp vỏ. Tại đây, các hạt nhân bị ép mạnh đến mức chúng bắt đầu chạm vào nhau. Các proton và neutron sắp xếp lại tạo ra dạng hình trụ hoặc tám dài đó là những hạt nhân khổng lồ với hàng triệu proton và neutron có hình dạng giống như mì spaghetti và lasagna mà các nhà vật lý gọi là mì ống hạt nhân.

Mì ống hạt nhân này có thể là vật chất mạnh nhất trong vũ trụ về cơ bản là không thể phá vỡ. Cuối cùng, bên dưới mì ống hạt nhân là phần lõi. Chúng ta vẫn chưa hiểu rõ về đặc tính của vật chất ở đó khi chúng bị nén chặt đến mức này. Các proton và neutron có thể hòa tan thành một biển hạt quark còn gọi là quark-gluon plasma. Một số hạt quark đó có thể biến thành “hạt quark lạ” tạo ra một loại “vật chất lạ” có tính chất cực kỳ cực đoan. Nhưng cũng có thể lõi vẫn chỉ là proton và neutron. Không ai biết chắc chắn và đó là lý do chúng ta cần khoa học.