Vật thể sáng gấp 10 triệu lần Mặt trời, phá vỡ định luật vật lý

Nguồn ảnh: KhoaHoc.tv

Một ngôi sao phát tia X nằm trong thiên hà Messier 82 cách Trái Đất khoảng 12 triệu năm ánh sáng, sáng đến mức phá vỡ định luật vật lý.

Một ngôi sao phát tia X nằm trong thiên hà Messier 82 cách Trái đất khoảng 12 triệu năm ánh sáng, sáng đến mức phá vỡ định luật vật lý.

Mô phỏng sao neutron phát tia X siêu sáng với từ trường cực mạnh. (Ảnh: NASA/JPL-Caltech).

Các nhà thiên văn học gọi vật thể phá vỡ định luật như vậy là nguồn tia X siêu sáng (ULX), chúng phát ra năng lượng gấp 10 triệu lần Mặt Trời. Mức năng lượng này vượt qua định luật vật lý mang tên giới hạn Eddington (giới hạn Eddington được ước tính là khoảng 150 lần khối lượng của Mặt Trời, theo Nature), theo đó độ sáng của một vật thể bị hạn chế bởi kích thước của nó. Nếu vật thể phá vỡ giới hạn Eddington, giới nghiên cứu dự đoán nó sẽ nổ tung thành nhiều mảnh. Tuy nhiên, ULX thường vượt quá giới hạn này gấp 100 - 500 lần, khiến các nhà khoa học bối rối, theo NASA.

Quan sát mới công bố trên tạp chí Astrophysical Journal từ Cụm kính viễn vọng quang phổ hạt nhân của NASA (NuSTAR) chuyên xem xét vũ trụ bằng tia X năng lượng cao, xác nhận một ULX đặc biệt có tên M82 X-2 quá sáng. Giả thuyết trước đây cho rằng độ sáng cực cao đó có thể là một dạng ảo ảnh quang học, nhưng kết quả nghiên cứu chứng minh giả thuyết trên không đúng và M82 X-2 thực sự thách thức giới hạn Eddington, Live Science hôm 11/4 đưa tin.

Các nhà thiên văn học từng cho rằng ULX có thể là hố đen, nhưng M82 X-2 là sao neutron. Sao neutron là phần lõi đã chết còn sót lại của ngôi sao giống Mặt Trời. Chúng đặc tới mức lực hấp dẫn trên bề mặt mạnh gấp 100 nghìn tỷ lần trên Trái đất, có nghĩa bất kỳ vật chất nào bị kéo vào bề mặt ngôi sao chết đều có hiệu ứng nổ. Ví dụ, một viên kẹo xốp rơi trên bề mặt sao neutron sẽ va chạm với năng lượng bằng 1.000 quả bom nhiệt hạch.

Nghiên cứu mới phát hiện M82 X-2 tiêu thụ vật chất bằng khoảng 1,5 Trái đất mỗi năm từ ngôi sao lân cận. Khi lượng vật chất này va vào bề mặt ngôi sao, lực tác động tạo ra độ sáng như nhóm nghiên cứu quan sát. Họ cho rằng đây là bằng chứng có gì đó khiến M82 X-2 phá vỡ giới hạn Eddington. Giả thuyết hiện nay của họ là từ trường dữ dội của sao neutron thay đổi hình dạng nguyên tử, cho phép ngôi sao giữ nguyên dạng ngay cả khi trở nên ngày càng sáng hơn.

"Quan sát cho phép chúng tôi hiểu rõ ảnh hưởng của từ trường cực mạnh mà chúng ta không bao giờ có thể mô phỏng trên Trái đất bằng công nghệ hiện nay", trưởng nhóm nghiên cứu Matteo Bachetti, nhà vật lý thiên văn ở Đài quan sát Cagliari tại Italy, chia sẻ.

Các quan sát từ kính viễn vọng không gian NuSTAR của NASA vừa xác nhận thiên thể M82 X-2 trong thiên hà Messier 82, cách Trái Đất khoảng 12 triệu năm ánh sáng, đang phát ra nguồn năng lượng bức xạ phá vỡ giới hạn vật lý Eddington. Nguồn tia X siêu sáng (ULX) này tỏa sáng gấp 10 triệu lần Mặt Trời, vượt ngưỡng bức xạ cực đại cho phép từ 100 đến 500 lần mà không hề bị nổ tung như các mô hình lý thuyết từng dự báo. Dữ liệu thực nghiệm mới đã bác bỏ giả thuyết cho rằng độ sáng bất thường này chỉ là ảo ảnh quang học. Trái với nhận định ban đầu xem các ULX là hố đen, kết quả nghiên cứu công bố trên tạp chí The Astrophysical Journal khẳng định M82 X-2 thực chất là một sao neutron với mật độ vật chất siêu đặc. Trọng lực bề mặt tại đây lớn gấp 100 nghìn tỷ lần Trái Đất, biến mọi va chạm vật chất rơi vào thành những vụ nổ giải phóng động năng khổng lồ. Thiên thể này liên tục bòn rút khối lượng tương đương 1,5 lần Trái Đất mỗi năm từ một ngôi sao đồng hành lân cận, tạo nên mức năng lượng phát xạ khổng lồ khi va đập vào bề mặt. Để giải mã nghịch lý M82 X-2 không bị áp suất bức xạ xé rách, nhóm nghiên cứu do nhà vật lý thiên văn Matteo Bachetti dẫn đầu đưa ra giả thuyết về tác động của từ trường cực hạn. Từ trường nội tại dữ dội của sao neutron có thể đã làm biến dạng cấu trúc nguyên tử, giúp duy trì liên kết vật chất ổn định bất chấp cường độ bức xạ ngày càng tăng cao. Phát hiện này mở ra cánh cửa hiếm hoi để giới khoa học nghiên cứu những trạng thái vật lý cực đoan mà công nghệ hiện tại chưa thể tái hiện trong phòng thí nghiệm.