Ngôi sao Neutron là gì? Khám phá thiên thể kỳ lạ và vụ nổ siêu tân tinh tạo thành sao Seutron

Sao Neutron là gì?

Điều gì xảy ra khi những ngôi sao khổng lồ nổ tung? Chúng tạo ra các vụ nổ siêu tân tinh – một trong số những sự kiện mạnh mẽ nhất trong vũ trụ. Những luồng năng lượng sao này tạo ra có thể dẫn tới sự hình thành những vụ nổ dữ dội đến mức mà ánh sáng chúng phát ra có thể vượt qua các thiên hà. Tuy nhiên, phần tàn tích của vụ nổ cũng tạo ra một thứ lạ lùng hơn: sao Neutron.

Vụ nổ siêu tân tinh tạo thành sao Neutron

Một ngôi sao Neutron là một quả cầu chứa đầy các hạt Neutron dày đặc, có kích thước nhỏ gọn. Vậy làm thế nào mà một ngôi sao có kích thước khổng lồ, hoá thành một quả cầu Neutron nhỏ xíu? Các ngôi sao dành phần lớn cuộc đời của nó để đốt cháy phản ứng tổng hợp hạt nhân trong lõi của nó và phát ra năng lượng, dưới dạng ánh sáng và các tia. Nó kết thúc một khi ngôi sao đã cạn kiệt hydro trong lõi và bắt đầu hợp nhất các nguyên tố nặng hơn.

Khi một ngôi sao cạn năng lượng, nó bắt đầu co cụm lại, do lực hấp dẫn của chính bản thân nó hút các nguyên tố còn sót lại. Phần bên ngoài của ngôi sao chui tọt vào lõi và bật ra lại, tạo nên vụ nổ lớn siêu tân tinh loại II. Tùy thuộc vào khối lượng của lõi, nó sẽ trở thành một ngôi sao Neutron hoặc lỗ đen.

Nếu khối lượng của lõi nằm trong khoảng từ 1.4 đến 3 lần khối lượng Mặt trời thì nó sẽ biến thành một ngôi sao Neutron sau khi chết. Các proton trong lõi va chạm với các electron năng lượng rất cao và tạo ra Neutron. Lõi cứng lại và gửi sóng xung kích ra ngoài không gian. Vật liệu bên ngoài của ngôi sao sau đó được đẩy ra ngoài môi trường xung quanh tạo ra vụ nổ siêu tân tinh. Nếu vật liệu lõi còn lại lớn hơn 3 lần  khối lượng Mặt trời, rất có thể nó sẽ tiếp tục nén cho đến khi biến thành một lỗ đen.

Tính chất của sao Neutron

Sao Neutron là đối tượng khó nghiên cứu. Chúng phát ra ánh sáng trên một phần rộng của phổ điện từ, các bước sóng khác nhau của ánh sáng và dường như thay đổi khá nhiều từ ngôi sao này sang ngôi sao khác. Tuy nhiên, thực tế là mỗi ngôi sao Neutron xuất hiện đều có các tính chất khác nhau, và các nhà thiên văn học rất khó khăn mới hiểu được chúng.

Có lẽ rào cản lớn nhất để nghiên cứu các ngôi sao Neutron là chúng cực kỳ dày đặc, dày đặc đến mức ngôi sao Neutron nặng chỉ 400 gram, nhưng có thể có khối lượng tương đương Mặt trăng của chúng ta. Các nhà thiên văn học không có cách nào mô hình hóa loại mật độ đó ở đây trên Trái đất.

Do đó, thật khó để hiểu những tác động vật lý của các ngôi sao Neutron. Đây là lý do tại sao nghiên cứu ánh sáng từ những ngôi sao này rất quan trọng bởi vì nó cho chúng ta manh mối về những gì đang diễn ra bên trong ngôi sao. Một số nhà khoa học cho rằng các lõi bị chi phối bởi một nhóm các hạt quark tự do, các khối xây dựng cơ bản của vật chất. Những người khác cho rằng các lõi chứa đầy một số loại hạt kỳ lạ khác như pion.

Sao Neutron cũng có từ trường cực mạnh. Và chính các trường này chịu trách nhiệm một phần trong việc tạo ra các tia X và tia gamma được nhìn thấy từ các vật thể này. Khi các electron tăng tốc xung quanh và dọc theo các đường sức từ, chúng phát ra bức xạ (ánh sáng) theo bước sóng từ quang học (ánh sáng chúng ta có thể nhìn thấy bằng mắt) đến các tia gamma năng lượng rất cao.

Biến thể của sao Neutron

Sao Xung (Pulsar)

Hầu hết các sao Neutron được quan sát là các sao Xung (Pulsar). Sao Xung là các sao Neutron quay rất nhanh, với tốc độ dao động từ mili giây đến giây, tạo ra từ trường rất mạnh, do các hạt chạy dọc theo hai cực từ. Những hạt gia tốc này tạo ra những chùm ánh sáng rất mạnh. Thông thường, từ trường không thẳng hàng với trục quay, vì vậy những chùm hạt và ánh sáng đó bị quét xung quanh khi ngôi sao Pulsar quay. Khi chùm tia đi qua tầm nhìn của chúng ta, chúng ta thấy một xung – nói cách khác, chúng ta thấy các xung bật và tắt khi chùm tia quét qua Trái đất.

Một cách hình dung sao Xung dễ hơn là bạn hãy tưởng tượng đây là một ngọn hải đăng. Vào ban đêm, một ngọn hải đăng phát ra một chùm ánh sáng quét qua bầu trời. Mặc dù ánh sáng liên tục chiếu sáng, bạn chỉ nhìn thấy chùm sáng khi nó chiếu thẳng vào hướng của bạn. Tương tự như cách mà chúng ta có thể quan sát được các sao Xung.

Sao Điện từ (Magnetar)

Một loại sao Neutron khác được gọi là sao Điện từ. Trong một ngôi sao Neutron điển hình, từ trường cao gấp hàng nghìn tỷ lần so với từ trường của Trái đất; tuy nhiên, từ trường của sao Điện từ Magnetar mạnh hơn thế 1000 lần. Trong tất cả các ngôi sao Neutron, lớp vỏ của ngôi sao được khóa cùng với từ trường để bất kỳ thay đổi nào trong một ảnh hưởng đến nhau. Lớp vỏ nằm dưới một lượng cực lớn, và một chuyển động nhỏ của lớp vỏ có thể gây nổ. Nhưng vì lớp vỏ và từ trường bị bó chặt với nhau, vụ nổ đó gợn qua từ trường.

Trong một sao Điện từ, với từ trường khổng lồ, các chuyển động trong lớp vỏ khiến ngôi sao Neutron giải phóng một lượng năng lượng khổng lồ dưới dạng bức xạ điện từ. Điển hình như một sao Magnetar có tên SGR 1806-20 đã nổ tung, trong 0.1 giây nó giải phóng lượng năng lượng hơn Mặt trời đã phát ra trong 100.000 năm qua! Bạn có thể thấy được sức mạnh khủng khiếp của một ngôi sao Điện từ rồi đấy.

Đọc thêm:

Domin Võ

Dành ra 12 tiếng/ngày cho công việc tẻ nhạt ở công tỷ, chỉ khi viết bài cho Mingeek, anh ấy mới thật sự là chính mình. Anh muốn cho mọi người thấy rằng, khoa học không nhàm chán như trong SGK đâu!

Related Articles

Back to top button

Adblock Detected

Please consider supporting us by disabling your ad blocker