Cái chết của một ngôi sao giải phóng năng lượng mạnh chưa thừng thấy

Ở khoảng cách 7,5 tỷ năm ánh sáng từ Trái Đất, có một ngôi sao đang chết đã phát ra nguồn sáng năng lượng cực mạnh mà các nhà thiên văn học chưa từng thấy trước đây.

Trong lúc theo dõi sự kiện bùng nổ tia gamma (GRB), các nhà thiên văn học đã tìm thấy các photon năng lượng cực cao. Những vụ GRB được cho là kết quả của sự va chạm giữa các sao nơ-tơ-rông (neutron) hay chính là sự sụp đổ của một ngôi sao cực lớn. GRB xảy ra bất ngờ và đôi khi chỉ trong một phần của 1 giây. Một trong những vụ nổ chớp mắt này có thể giải phóng ra nhiều năng lượng hơn cả năng lượng mặt trời tỏa ra trong cả cuộc đời. Rất khó để bắt được những sự kiện như vậy, tuy nhiên tiếp sau những vụ nổ tia chớp này vẫn còn có phát quang còn dư để chúng ta có thể nhận biết được chúng. Ánh sáng của phát quang còn dư yếu hơn nhưng tồn tài lâu hơn, nhờ đó các nhà thiên văn học có thể ghi lại các chi tiết của chúng.

Ngày 14/1/2019, một vụ bùng nổ tia gamma như vậy đã được ghi nhận nhờ hai kính viễn vọng vũ trụ tự động, và được đặt tên là BRB 190114C. Trong vòng 22 giây, các nhà thiên văn học trên Trái Đất đã điều khiển các ống kính viễn vọng trên mặt đất để đo được phát quang còn dư của vụ nổ này.

Ông Razmik Mirzoyan, đồng tác giả của nghiên cứu hình ảnh tia gamma trong vũ trụ nói rằng “Chúng tôi đã tìm kiếm sự kiện này suốt hơn 20 năm qua và đây không chỉ là sự may mắn mà là kết quả của sự kiên trì.”

Trong phạm vi thiên văn, sự kiện này xảy ra ở khoảng cách khá gần và cho phép các nhà thiên văn học đo được phát quang còn dư dưới dạng một tập hợp các bước sóng. Trong 10 ngày tiếp theo, các nhà khoa học đã thu thập được dữ liệu từ 6 vệ tinh và 15 kính viễn vọng trên mặt đất. Dữ liệu thu thập được gồm các dạng bước sóng từ sóng radio cho đến áng sáng cực tím.

Phân tích các thông số kể từ 10 giây đầu tiên sau khi vụ nổ xảy ra, các nhà thiên văn học phát hiện ra các photon mang năng lượng hàng nghìn tỉ electronvolt (Ev), tức là hàng nghìn tỉ lần năng lượng của các photon điển hình của mặt trời. 

Mặc dù trước đây các nguồn vật lí thiên văn khác như là tàn tích siêu tân tinh cũng phát ra những photon có năng lượng lớn hơn 1 nghìn tỉ Ev nhưng đây là lần đầu tiên nguồn siêu năng lượng như vậy được ghi nhận là phát ra từ một GRB. 

Dữ liệu đa bước sóng đã giúp cho các nhà thiên văn học hiểu được năng lượng của các hạt được tạo ra như thế nào. Các photon năng lượng thấp đã được giải phóng từ các hạt bung ra từ từ trường qua quá trình bức xạ synchroton. Ngược lại, trong sự kiện đặc biệt lần này, các photon siêu năng lượng được phát ra từ vụ va chạm với các electron năng lượng cao. Đây là một cơ chế biến thể được các nhà khoa học gọi là phân tán hiệu ứng compton ngược. Các phát hiện này khẳng định lý thuyết về GRB và giúp các nhà thiên văn học hiểu được các tính chất vật lý của những vụ nổ kì quặc này.

Ông Mirzoyan phát biểu rằng sau hơn 50 năm kể từ khi BRB đầu tiên được phát hiện, vẫn còn rất nhiều những đặc điểm cơ bản của các vụ nổ này chưa được hiểu rõ. Từ việc phát hiện ra bức xạ tia gamma của GRB 190114C này, chúng ta có thể khẳng định các vụ nổ GRB sinh ra nhiều năng lượng hơn chúng ta vẫn nghĩ trước đây.

Mặc dù lâu nay các nhà thiên văn học vẫn tìm kiếm những photon siêu năng lượng như vậy nhưng GRB 190114C không phải là một hiện tượng hiếm hoi, chỉ là do những sự kiện như vậy rất khó bắt được. Nhờ có các kính viễn vọng hiện đại và hệ thống hình ảnh nổi năng lượng cao (HESS) chuyên để tìm kiếm các tia gamma siêu năng lượng cùng các hệ thống tự động đã được áp dụng để tìm kiếm GRB trước đây, các nhà khoa học hi vọng sẽ bắt được thêm nhiều photon siêu năng lượng khác trong tương lai.

Ông Bing Zhang, nhà vật lý thiên văn của trường đại học Nevada, Las Vegas, Mỹ, cho rằng chúng ta đang bước vào một kỉ nguyên mới, kỉ nguyên khám phá các photon siêu năng lượng. Chúng ta trông đợi dữ liệu từ những lần quan sát này sẽ mang đến những thông tin thú vị từ các cơ chế năng lượng cao.

Các kết quả nghiên cứu lần này đã được công bố vào ngày 20/11/2019 trên tạp chí Nature.

Phạm Hường 

Theo Live Science