'Quái vật' thứ hai của vũ trụ: Chỉ 500 tuổi nhưng có thể quét sạch mọi thông tin ở các dải từ trong thẻ tín dụng trên hành tinh chúng ta

Astronomy thông tin, các nhà thiên văn tìm thấy 'nam châm' quay nhanh nhất và trẻ nhất trong vũ trụ từng quan sát đươc: Chỉ 500 tuổi và quay với tốc độ 1,4 vòng/giây, ngôi sao neutron từ tính này thậm chí còn kỳ lạ hơn so với những gì các nhà khoa học nghĩ trước đây.

Sức mạnh "quái vật" phi thường

Vào tháng 3/2020, sử dụng Kính viễn vọng Neil Gehrels Swift của NASA, các nhà khoa học đã phát hiện ra thành viên trẻ nhất của một nhóm sao kỳ lạ (gọi là , magnetar). Và giờ đây, những quan sát sâu hơn càng làm sáng tỏ hơn những điều kỳ lạ về loài "quái vật" vũ trụ này.

Trong quá trình tiến hóa của sao, sao neutron được hình thành từ suy sụp hấp dẫn của nhân của một sao siêu khổng lồ sau các vụ nổ siêu tân tinh. Sao neutron là những vật thể cực kỳ dày đặc - chỉ đứng sau lỗ đen - nén khối lượng lớn hơn Mặt Trời nhiều lần vào một hình cầu chỉ rộng bằng một thành phố. Tuy nhiên, sao từ (là một tập hợp con của các sao neutron) lại có từ trường mạnh nhất vũ trụ.

Theo NASA , cường độ từ trường của một sao từ như thế có thể mạnh hơn từ trường Trái Đất một triệu tỷ lần. Để hiểu sức mạnh từ trường khủng khiếp của sao từ, NASA ví: Nếu một sao từ xuất hiện gần Trái Đất ở khoảng cách bằng một nửa khoảng cách giữa Trái Đất và Mặt Trăng* (192.200 km), nó có thể quét sạch các thông tin từ các dải từ của tất cả các thẻ tín dụng trên hành tinh của chúng ta.

Ảnh minh họa về sao từ J1818.0-1607. Nguồn: Carl Knox, OzGrav.

Trên thực tế, sao từ được đo ở nhiệt độ lên tới 1 triệu tỷ Gauss, trường cường độ cao đến mức nó làm nóng bề mặt của sao từ lên thêm 9.999.982 độ C. Để so sánh, từ trường của Mặt Trời chỉ khoảng 5 Gauss.

Trước năm 2020, các nhà khoa học xác định có 30 sao từ, với đường kính lên tới 20km (nhưng lại có khối lượng gấp nhiều lần Mặt Trời) đã được phát hiện xung quanh Dải Ngân hà của chúng ta. Bạn chỉ cần tưởng tượng một nam châm có kích thước bằng một thị trấn bay ngang qua Trái Đất thì nó sẽ khổng lồ thế nào.

Tuy nhiên, bất chấp bản chất "quái vật" của chúng, các nhà thiên văn học tiếp tục xác định được sao từ thứ 31 trong số 3.000 sao neutron đã biết nhờ công của Kính viễn vọng Neil Gehrels Swift phát hiện ra J1818.0-1607 vào năm 2020. Họ tiếp tục "mổ xẻ" sao này bằng Đài quan sát tia X Chandra của NASA.

Và điều đặc biệt đã đến: Họ phát hiện ra rằng từ trường của sao từ thứ 31 được biết đến thậm chí còn đặc biệt hơn những gì họ nghĩ trước đây.

"Quái vật" trẻ nhất và quay nhanh nhất

Các nhà thiên văn học xác định rằng, J1818.0-1607 nằm cách Trái Đất khoảng 21.000 năm ánh sáng và là sao từ trẻ nhất từng được biết đến: Chỉ 500 tuổi.

Nhưng độ trẻ của nó không phải là khía cạnh độc đáo duy nhất: J1818.0-1607 cũng là sao từ quay nhanh nhất, quay xung quanh 1,4 giây một lần.

Và nếu J1818.0-1607 chưa đủ kỳ lạ, thì hãy đến tiếp điều này: Sao từ cũng tham gia vào một nhóm gồm năm sao từ đã biết hoạt động giống như sao xung (pulsar) - là những sao neutron quay nhanh phát ra chùm bức xạ mạnh từ các cực của chúng.

Có thể thấy sao từ J1818.0-1607 trong hình ảnh tổng hợp này. Tia X từ Chandra tiết lộ vật thể và dữ liệu từ Kính viễn vọng Không gian Spitzer và Nhà thám hiểm Khảo sát Hồng ngoại Trường Rộng. Tia X: NASA / CXC / Univ. ở Tây Virginia / H. Blumer; Hồng ngoại (Spitzer và Wise): NASA / JPL-CalTech / Spitzer

Một nghiên cứu mới được thực hiện bởi các nhà khoa học từ Trung tâm Phát hiện Sóng hấp dẫn ARC (OzGrav) và CSIRO ở Úc, đã nghiên cứu các sao từ bằng cách chủ yếu dựa vào kính thiên văn tia X tìm kiếm sự bùng phát năng lượng cao.

Đôi khi sao từ cũng phát ra các xung vô tuyến giống như sao xung (pulsar), nghĩa là ít từ tính hơn. Tại sao điều này xảy ra và làm thế nào những xung như vậy thay đổi là trọng tâm của nghiên cứu?

Các nhà khoa học đã nghiên cứu xung đến từ sao từ J1818. Sau khi quan sát nó 8 lần và phát hiện ra một số hành vi rất mâu thuẫn, J1818 bắt đầu phát các tín hiệu giống như sao xung (pulsar), sau đó bắt đầu nhấp nháy và chuyển động qua lại giữa việc phát ra như sao xung hoặc sao từ.

Tác giả chính của nghiên cứu, Tiến sĩ Marcus Lower của Đại học Swinburne/CSIRO, đã giải thích thêm về lý do tại sao sao từ J1818 này lại trở nên hấp dẫn như vậy:

Ông cho biết: "Hành vi kỳ lạ này chưa từng được nhìn thấy trước đây trong bất kỳ máy thu thanh có công suất vô tuyến nào khác. Nó dường như chỉ là một hiện tượng tồn tại trong thời gian ngắn, vì theo quan sát tiếp theo của chúng tôi, nó đã ổn định vĩnh viễn ở trạng thái giống như một sao từ".

Những gì các nhà khoa học phát hiện là trục từ trường của sao từ J1818 không thẳng hàng với trục quay của nó. Tín hiệu vô tuyến của nó đến từ cực từ ở Nam bán cầu, từ bên dưới đường xích đạo. Cácsao từ khác có xu hướng có từ trường thẳng hàng với trục quay của chúng.

Tuy nhiên, trong khi bị lệch, sự sắp xếp từ tính dường như ổn định hơn. Các nhà nghiên cứu kết luận rằng các xung vô tuyến từ J1818 phát ra từ các vòng của đường sức từ nối hai cực. Điều này khác với hầu hết các sao neutron.

Victoria Kaspi, Giám đốc Viện Vũ trụ McGill tại Đại học McGill ở Montreal (Canada), cho biết: “Điều đáng ngạc nhiên về sao từ là chúng khá đa dạng trong một quần thể. Mỗi lần bạn tìm thấy một sao từ, thì sao từ đó đang kể cho bạn một câu chuyện khác nhau. Chúng rất lạ và rất hiếm.."

Các phát hiện có ý nghĩa về mô phỏng từ tính, dẫn đến kiến thức sâu hơn về sự tạo ra và tiến hóa của sao từ. Hiện tại, các nhà khoa học đang tìm cách nắm bắt được sự đảo lộn giữa các cực từ để có thể lập bản đồ từ trường của một sao từ.

Tiến sĩ Peter Woods của Hiệp hội Nghiên cứu Không gian các trường đại học Mỹ nhận xét: "Những sao từ mạnh nhất được biết đến, không được cung cấp năng lượng bởi một cơ chế thông thường như phản ứng tổng hợp hoặc quay hạt nhân. Chúng đại diện cho một cách thức mới để một ngôi sao tỏa sáng, điều này làm cho lĩnh vực nghiên cứu sao từ trở nên hấp dẫn.

Trong chòm sao Cassiopeia (Tiên Hậu), cách Trái Đất khoảng 18.000 năm ánh sáng**, một sao từ có tên 1E 2259 đang được nghiên cứu. 1E 2259 đột nhiên bắt đầu bùng phát vào tháng 6 năm 2002, với hơn 80 lần bùng phát năng lượng cao được ghi lại trong vòng 4 giờ. Kể từ đó, Magnetar 1E 2259 chưa thấy làm xáo trộn chiều sâu của không gian.

NASA nhận định, sao từ như "trêu ngươi" các nhà khoa học khi bản thân chúng sở hữu từ trường cực mạnh, lại hoạt động rất bất thường. Chúng sẽ bùng phát năng lượng cao mà không hề (có biểu hiện) báo trước.

Phát hiện của họ được công bố trên tạp chí The Astrophysics Journal Letters.

Chú thích:

(*) Khoảng cách giữa Trái Đất và Mặt Trăng là 384.400 km.

(**) Năm ánh sáng (Light-year) là đơn vị đo chiều dài trong thiên văn. 1 năm ánh sáng tương đương 9,5 nghìn tỷ km.

Theo Trang Ly/Gia đình & Xã hội