Khi một ngôi sao khổng lồ hết nhiên liệu và sụp đổ, nó sẽ gây ra hiện tượng được gọi là siêu tân tinh - một trong những vụ nổ lớn nhất trong vũ trụ.
Tia sáng - do vụ nổ gây ra - chỉ tồn tại trong vài giây. Nhưng những mảnh vỡ được đẩy vào không gian có thể được nghiên cứu trong nhiều thiên niên kỷ.
Những tàn dư bị sụp đổ được gọi là sao neutron. Có hàng ngàn sao neutron trong thiên hà của chúng ta và chúng là những vật thể dày đặc nhất có thể quan sát được trong vũ trụ.
Nhà vật lý thiên văn Daniel Reardon cho biết một muỗng cà phê vật chất của sao neutron nặng khoảng 1 ngàn tỷ kg trên Trái đất - nặng tương đương gần bằng một hòn núi.
“Sao neutron là tàn dư dày đặc đáng kinh ngạc của những ngôi sao lớn đã phát nổ và một số trong chúng phát ra chùm bức xạ từ từ trường. Đây là sóng vô tuyến và khi những ngôi sao neutron này quay, sóng vô tuyến hướng về phía chúng ta và chúng ta thấy đó là một xung ánh sáng. Khi chúng ta nhìn sao neutron theo cách này, chúng ta gọi chúng là sao xung."
Tiến sĩ Reardon là nhà nghiên cứu sau tiến sĩ tại Trung tâm Vật lý thiên văn và Siêu máy tính của Đại học Công nghệ Swinburne và là thành viên của OzGrave, còn được gọi là Trung tâm ARC về Khám phá Sóng hấp dẫn (ARC Centre of Excellence for Gravitational Wave Discovery).
Trong thập kỷ qua, ông đã nghiên cứu một trong những ngôi sao neutron gần trái đất nhất, được gọi là sao xung mili giây.
Ngôi sao này quay với tốc độ 174 lần mỗi giây - nhanh như máy xay sinh tố.
“Ngôi sao cụ thể mà chúng tôi đang nghiên cứu thực ra là ẩn âm mili giây gần nhất và sáng nhất. Vì vậy, nó quay nhanh hơn rất nhiều so với hầu hết các sao neutron này. Nó phát ra các chùm bức xạ vô tuyến từ các cực mà chúng ta xem là xung với kính viễn vọng vô tuyến trên trái đất của chúng ta. Ngôi sao này cách chúng ta 500 năm ánh sáng, tương đối gần trong dải thiên hà. Điều đó khiến sao này rất quan trọng vì nó rất sáng, và điều đó có nghĩa là chúng ta có thể thực hiện một số nghiên cứu khoa học chính xác.”
Cho đến nay, phần lớn đặc điểm của sao neutron vẫn còn là một bí ẩn.
Tuy nhiên, nhờ sự hợp tác giữa các nhà khoa học Úc và NASA, giờ đây chúng ta đã có được phép đo chính xác cả về khối lượng và bán kính của sao neutron.
Tiến sĩ Reardon, một trong những nhà nghiên cứu chính, cho biết đây là một bước đột phá quan trọng vì nó “nâng cao hiểu biết cơ bản của chúng ta về cách vũ trụ vận hành”.
Thật thú vị vì đây chỉ là phép đo chính xác thứ ba về kích thước sao neutron từ sứ mệnh này của NASA. Nhưng nó là chính xác nhất, và nó là điểm neo trung tâm rất quan trọng cho các lý thuyết vật lý của chúng ta. Những lõi của sao neutron này chứa đầy các trạng thái vật chất độc nhất mà chúng ta không thể tái tạo trên trái đất. Vì vậy, đây là một bài kiểm tra rất quan trọng đối với các lý thuyết vật lý cơ bản. Trong tương lai, những điều này sẽ là cơ sở cho các lý thuyết mới.Tiến sĩ - nhà vật lý thiên văn Daniel Reardon
Bước đột phá mới nhất này có được nhờ 30 năm quan sát từ kính viễn vọng vô tuyến Murriyang của Úc ở Parkes, miền trung tây New South Wales.
Trong nhiều năm, NASA đã cố gắng nghiên cứu vật lý bên trong của các sao neutron - bao gồm khối lượng và bán kính - thông qua kính viễn vọng tia X trên Trạm Vũ trụ Quốc tế.
Kính viễn vọng, được gọi là Nhà thám hiểm thành phần bên trong sao neutron hoặc NICER, khám phá cách vật chất hoạt động trong các điều kiện khắc nghiệt bên trong các sao neutron.
“Nỗ lực của NASA nhằm đo khối lượng và bán kính của ngôi sao neutron đặc biệt này rất phức tạp, bởi thực tế là có tiếng ồn nền từ một thiên hà đang hoạt động gần ngôi sao neutron này. Họ thực sự đã gặp khó khăn trong việc tách khối lượng và kích thước của ngôi sao neutron này.”
Úc đã làm được gì trong cuộc nghiên cứu này? Tiến sĩ Reardon cho biết thêm.
“Chúng tôi đã quan sát ngôi sao neutron này trong gần 30 năm bằng kính thiên văn vô tuyến Murriyang Parkes. Với dữ liệu trong 30 năm đó, chúng tôi đã theo dõi được độ trễ thời gian rất nhỏ trong thời gian đến của các xung vô tuyến, giúp chúng tôi đo khối lượng của sao neutron này. Vì vậy, với khối lượng được đo với độ chính xác cao, NASA có thể suy ra bán kính và giúp chúng ta hiểu về những gì đang xảy ra bên trong ngôi sao neutron này."
Trong một loạt ba bài báo được xuất bản hôm thứ Năm ngày 11/7, Tiến sĩ Reardon cùng một nhóm các nhà khoa học quốc tế trình bày chi tiết cách họ có thể đo chính xác khối lượng và bán kính của ngôi sao neutron ở gần đó.
