Ngôi sao neutron ‘chậm’ kỳ lạ thách thức lý thuyết của chúng ta về những ngôi sao chết

Các nhà thiên văn học đã phát hiện ra một ngôi sao neutron có từ trường cực mạnh phát ra năng lượng chậm hơn bất kỳ ngôi sao nào khác từng thấy.

Vật thể mới tìm thấy là một loại sao neutron được gọi là sao nam châm. Điều làm cho tàn dư của ngôi sao đặc biệt này trở nên phi thường là, trong khi các anh chị em của nó giải phóng năng lượng trong khoảng thời gian từ vài giây đến vài phút, ngôi sao neutron này có lịch trình nhàn nhã hơn, phát ra sóng vô tuyến trong khoảng thời gian 22 phút.

Điều này làm cho nam châm — được chỉ định là GPM J1839-10 và nằm cách Trái đất 15.000 năm ánh sáng trong chòm sao Scutum — là sao từ có chu kỳ dài nhất từng được phát hiện. GPM J1839-10 cũng phát ra các vụ nổ bức xạ kéo dài gấp năm lần so với các vụ nổ của các sao nam châm chu kỳ dài tương tự.

Natasha Hurley-Walker, tác giả chính của nghiên cứu, một nhà thiên văn học tại Đại học Curtin ở Úc, cho biết: “Vật thể đáng chú ý này thách thức sự hiểu biết của chúng ta về sao neutron và sao nam châm, là một số vật thể kỳ lạ và cực đoan nhất trong vũ trụ”. nói trong một tuyên bố.

Có liên quan: Kính viễn vọng Không gian James Webb phát hiện vụ va chạm dữ dội giữa các sao neutron

Sự tồn tại bên dưới đường tử khiến những ngôi sao neutron này thậm chí còn cực đoan hơn

Giống như tất cả các sao neutron, các sao nam châm như GPM J1839-10 được tạo ra khi các ngôi sao khối lượng lớn đi đến cuối vòng đời của chúng. Khi chúng cạn kiệt nhiên liệu cho phản ứng tổng hợp hạt nhân, các ngôi sao không còn có thể tự cân bằng trước lực hấp dẫn bên trong của chính chúng.

Điều này dẫn đến việc lõi của chúng sụp đổ và các lớp bên ngoài của những ngôi sao này bị bong ra trong các vụ nổ siêu tân tinh lớn. Sự sụp đổ khiến một lõi sao có khối lượng xung quanh mặt trời bị nghiền nát xuống một chiều rộng không lớn hơn đường kính khoảng 12 dặm (19 km) — tương đương kích thước của một thành phố trên Trái đất.

Điều này dẫn đến tàn dư của một ngôi sao với vật chất dày đặc đến mức, nếu một muỗng canh của nó được mang đến Trái đất, nó sẽ nặng tới 1 tỷ tấn. Việc giảm đường kính nhanh chóng khiến sao neutron mới sinh tăng tốc độ quay, khiến nó quay nhanh tới 700 lần một giây. Tất cả những điều này được gói gọn trong từ trường mạnh nhất trong vũ trụ, mạnh gấp 10 nghìn tỷ lần so với từ trường của Trái đất. Không có gì ngạc nhiên khi các sao neutron và sao từ được coi là kỳ lạ.

Có liên quan: Sao neutron là gì?

Không phải tất cả các nam châm đều phát ra sóng vô tuyến hoặc quay nhanh. Khi các sao neutron già đi, chúng mất động lượng góc và quay chậm lại, đồng thời từ trường của chúng yếu đi. Điều đó có nghĩa là các nam châm cũ hơn có từ trường quá yếu để tạo ra phát xạ năng lượng cao, với ngưỡng này được gọi là “đường tử thần”.

Theo nhóm nghiên cứu mới, GPM J1839-10 đang quay chậm, cho thấy nó là một sao từ cũ hơn và do đó sẽ có từ trường quá yếu để tạo ra sóng vô tuyến. Nói cách khác, nó ở dưới ranh giới tử thần – nhưng nó vẫn sống.

“Giả sử nó là một sao từ, thì vật thể này không thể tạo ra sóng vô tuyến. Nhưng chúng tôi đang nhìn thấy chúng. Và chúng tôi không chỉ nói về một chút phát xạ vô tuyến,” Hurley-Walker nói. “Cứ sau 22 phút, nó phát ra một xung năng lượng bước sóng vô tuyến kéo dài 5 phút và nó đã làm như vậy trong ít nhất 33 năm. Dù cơ chế nào đằng sau điều này cũng thật phi thường.”

Chính sự tồn tại của GPM J1839-10 không chỉ thách thức sự hiểu biết của các nhà khoa học về sao neutron mà còn có thể có nghĩa là vật thể bất chấp cái chết này đại diện cho một loại tàn dư sao hoàn toàn mới.

Cuộc sống trong ngõ chậm: Tìm kiếm các nam châm dài hạn

GPM J1839-10 là sao từ “chậm” thứ hai được phát hiện, với ví dụ trước được phát hiện bởi sinh viên nghiên cứu đại học Tyrone O’Doherty của Đại học Curtin.

Ban đầu, ngay cả nhóm đứng sau khám phá đầu tiên cũng bối rối trước những phát hiện của họ, mô tả cơ thể là một vật thể tạm thời bí ẩn sẽ xuất hiện và biến mất không liên tục cũng như phát ra các chùm năng lượng mạnh mẽ khoảng ba lần mỗi giờ.

“Chúng tôi đã bối rối,” Hurley-Walker giải thích. “Vì vậy, chúng tôi bắt đầu tìm kiếm các vật thể tương tự để tìm hiểu xem đó là một sự kiện biệt lập hay chỉ là phần nổi của tảng băng trôi.”

Từ tháng 7 đến tháng 9 năm 2022, nhóm đã săn bầu trời bằng Mảng trường rộng Murchison (MWA), một kính viễn vọng vô tuyến ở vùng hẻo lánh của Tây Úc. Tìm kiếm này đã đưa ra GPM J1839-10.

Nhóm nghiên cứu đã theo dõi nghiên cứu của họ với các quan sát được thực hiện bằng ba kính viễn vọng vô tuyến CSIRO (Tổ chức Nghiên cứu Công nghiệp và Khoa học Khối thịnh vượng chung) ở Úc, kính viễn vọng vô tuyến MeerKAT ở Nam Phi, kính viễn vọng 10 mét Grantecan (GTC) và kính viễn vọng không gian XMM-Newton của Châu Âu.

Khi Hurley-Walker và các đồng nghiệp đã xác định được tọa độ của GPM J1839-10, họ bắt đầu tìm kiếm dữ liệu lưu trữ từ các kính viễn vọng vô tuyến hàng đầu thế giới để xem liệu ngôi sao nam châm đã được quan sát thấy trong quá khứ hay chưa.

Nhà nghiên cứu của Đại học Curtin cho biết: “Nó xuất hiện trong các quan sát của Kính viễn vọng vô tuyến sóng khổng lồ (GMRT) ở Ấn Độ và Mảng rất lớn (VLA) ở Hoa Kỳ đã quan sát từ năm 1988”. “Đó là một khoảnh khắc đáng kinh ngạc đối với tôi. Tôi mới 5 tuổi khi lần đầu tiên kính viễn vọng của chúng tôi ghi lại các xung từ vật thể này, nhưng không ai chú ý đến nó và nó đã ẩn trong dữ liệu trong 33 năm.

“Họ đã bỏ lỡ nó bởi vì họ không mong đợi sẽ tìm thấy bất cứ thứ gì giống như vậy.”

Nhóm sẽ tiếp tục điều tra GPM J1839-10, cố gắng khám phá những bí mật của nó, đồng thời tiếp tục tìm kiếm thêm các ví dụ về các sao nam châm chậm.

Nghiên cứu của nhóm đã được công bố ngày hôm nay (19 tháng 7) trên tạp chí Thiên nhiên.