Vòng đời của một sao neutron

Xem bài học đầy đủ tại: https://ed.ted.com/lessons/the-life-cycle-of-a-neutron-star-david-lunney

Cứ khoảng một thế kỷ, một ngôi sao lớn ở đâu đó trong thiên hà của chúng ta lại cạn kiệt nhiên liệu. Không còn tạo đủ năng lượng để duy trì cấu trúc của mình, nó suy sụp dưới lực hấp dẫn và nổ thành một siêu tân tinh. Cái chết của ngôi sao đó hình thành một sao neutron: một trong những vật thể đặc nhất từng được biết đến trong vũ trụ. David Lunney sẽ giải thích chính xác một sao neutron là gì.

Bài học tạo bởi David Lunney, hiệu chỉnh bởi JodyPrody.

Cứ khoảng mỗi một thế kỷ,

một ngôi sao khổng lồ ở đâu đó trong
thiên hà của chúng ta

sẽ cạn kiệt nhiên liệu.

Điều này xảy ra sau hàng triệu năm
khi nhiệt độ và áp suất

đã biến nhiên liệu hydro của ngôi sao

thành các nguyên tố nặng hơn như heli,
carbon, nitơ và cuối cùng là sắt.

Không còn khả năng tạo ra đủ năng lượng
để duy trì cấu trúc của mình,

ngôi sao sụp đổ do lực hấp dẫn của nó
và nổ tung thành một siêu tân tinh.

Ngôi sao bắn hầu hết vật chất của mình
vào không gian,

gieo những nguyên tố nặng vào thiên hà.

Nhưng những gì còn lại của ngôi sao chết
thậm chí còn đáng kinh ngạc hơn:

một quả cầu vật chất đặc đến mức
mà các electron nguyên tử

bị tách khỏi quỹ đạo lượng tử của chúng
vào sâu trong hạt nhân.

Cái chết của ngôi sao đó
đã sinh ra một sao neutron:

một trong những vật thể đặc nhất
từng được biết đến trong vũ trụ,

cùng một loạt những tính chất vật lý
của vật chất siêu đặc này.

Nhưng sao neutron là gì?

Hãy nghĩ về một quả cầu với các proton
và electron bị nén vào cùng neutron

và hình thành một dạng chất lỏng lý tưởng
gọi là Chất siêu lỏng ---

được bao bọc trong một lớp vỏ cứng.

Vật chất này là cực kỳ đặc-

đến mức khối lượng của
một chiếc tàu chất đầy hàng

có kích thước chỉ bằng sợi tóc,

hay khối lượng của cả ngọn núi Everest
gói gọn trong cỡ một viên đường.

Sâu xuống lớp vỏ, dòng neutron siêu lỏng
hình thành những pha khác nhau

mà các nhà vật lý gọi là
"Mỳ hạt nhân",

vì chúng các dạng từ giống như lagsana
cho đến hình dạng như sợi mỳ spaghetti.

Sao tiền thân của sao neutron
thường tự quay quanh trục.

Khi sụp đổ,

một ngôi sao có đường kính
hàng triệu cây số

sẽ nén lại thành một sao neutron
có đường kính chỉ cỡ 25 cây số.

Nhưng mô-men động lượng
vẫn được bảo toàn.

Nên giống như việc một người trượt băng
sẽ tăng tốc độ quay

khi họ thu cánh tay mình lại,

sao neutron xoay nhanh hơn rất nhiều
so với tiền thân của nó.

Sao neutron nhanh nhất từng ghi nhận
xoay 700 vòng mỗi giây,

nghĩa là một điểm trên bề mặt ngôi sao
sẽ xoay trong không gian

với vận tốc bằng một phần năm
vận tốc ánh sáng.

Sao neutron cũng có trường lực từ
mạnh nhất từng được biết.

Sự tập trung từ lực này
hình thành nên các xoáy

phóng ra các tia năng lượng
từ các hố từ trường.

Vì các hố không cố định
thẳng hàng với trục của ngôi sao,

các tia phát xạ xoay tròn
giống như ngọn đèn hải đăng,

nhấp nháy khi được nhìn từ Trái đất.

Chúng ta gọi chúng là Sao xung.

Việc phát hiện ra một trong những
tín hiệu nhấp nháy kì lạ này

là nhờ vào nhà vật thiên văn
Jocelyn Bell vào năm 1967

bằng đúng cách mà chúng ta đã gián tiếp
phát hiện ra sao neutron

lần đầu tiên.

Sự tự quay điên cuồng của một sao neutron
sẽ chậm lại sao mỗi hàng tỷ năm

do sự phát xạ năng lượng
dưới dạng điện từ và sóng hấp dẫn.

Nhưng không phải sao neutron nào
cũng biến mất trong thầm lặng.

Ví dụ, chúng ta đã quan sát được
những hệ sao đôi

nơi mà sao neutron đồng hành
cùng quỹ đạo với một sao khác.

Sao neutron có thể hấp thu dần
người bạn đồng hành nhẹ hơn,

tạo thành một đĩa khí nóng
ngày càng mở rộng xung quanh

trước khi nó sụp đổ thành một lỗ đen.

Khi mà nhiều ngôi sao
tồn tại dưới dạng hệ sao đôi,

chỉ một phần nhỏ trong đó
sẽ hình thành hệ sao neutron đôi,

nơi mà hai sao neutron quay quanh nhau
trong một vũ điệu chết chóc.

Khi chúng cuối cùng hợp nhất với nhau,
chúng tạo ra sóng hấp dẫn trong không gian

giống như khi quăng một hòn đá
vào trong hồ nước tĩnh.

Thuyết tương đối rộng của Einstein

dự đoán hiện tượng này hơn 100 năm trước,
nhưng nó chỉ được xác thực

mãi đến năm 2017,

khi máy quan sát sóng hấp dẫn
LIGO và VIRGO

quan sát được sự va chạm
của một sau neutron.

Nhiều kính thiên văn ghi nhận được
một sự bùng nổ tia gamma và một chớp sáng,

sau đó là các tín hiệu tia X và
sóng vô tuyến từ cùng một vụ va chạm.

Điều đó trở thành sự kiện đáng chú ý nhất
trong lịch sử ngành thiên văn.

Nó tạo ra những dữ liệu quý báu

để xác định chính xác
tốc độ rơi tự do,

củng cố các học thuyết quan trọng
của các nhà thiên văn,

và cung cấp bằng chứng về nguồn gốc của
các nguyên tố nặng như vàng và bạch kim.

Các sao neutron vẫn chưa tiết lộ hết
các bí ẩn của chúng.

LOGO và VIRGO đang được nâng cấp
để có thể phát hiện nhiều sự va chạm hơn.

Điều đó sẽ giúp chúng ta hiểu

cách những quả cầu nam châm xoay tít,
phát xạ và cực kì đặc này

có thể giúp chúng ta hiểu về vũ trụ.