Các lỗ đen và sao neutron sáp nhập trong những cụm sao có mật độ dày
Những vụ sáp nhập giữa những lỗ đen và sao neutron trong những cụm sao có mật độ dày là điều hoàn toàn không giống như những thứ được hình thành từ những vụ cô lập, nơi thưa thớt những ngôi sao. Những đặc điểm liên kết của chúng có thể đóng vai trò thiết yếu trong việc nghiên cứu về sóng hấp dẫn và nguồn phát của chúng.
Những cuộc sáp nhập lỗ đen – sao neutron không thể quan sát được, những vụ nổ không có phát xạ bức xạ điện từ, diễn ra trong các môi trường sao đậm đặc như cụm sao hình cầu NGC 3201 mà chúng ta thấy ở đây. Nguồn: Đài quan sát Nam Âu (ESO).
Tiến sĩ Manuel Arca Sedda ở Viện nghiên cứu thiên văn tính toán tại trường đại học Heidelberg đã rút ra kết luận này trong một nghiên cứu sử dụng các mô phỏng trên máy tính. Nghiên cứu này có thể đưa ra những cái nhìn cốt lõi vào sự nóng chảy của hai vật thể sao có khối lượng cực lớn mà các nhà thiên văn quan sát được vào năm 2019. Những phát hiện này được xuất bản trên tạp chí Communications Physics qua bài báo “Dissecting the properties of neutron star–black hole mergers originating in dense star clusters”.
Khi kết thúc vòng đời của mình, thông thường những ngôi sao có khối lượng lớn gấp nhiều lần mặt trời của chúng ta sẽ suy sụp thành một ngôi sao neutron hoặc lỗ đen. Các ngôi sao neutronphát xạ các xung bức xạ đều đặn, nhờ đó chúng ta có thể dò được chúng. Ví dụ vào tháng 8/2017, khi cuộc sáp nhập ngôi sao đôi neutron đầu tiên được quan sát, các nhà khoa học trên toàn cầu đã dò theo ánh sáng từ vụ nổ bằng các kính thiên văn của mình. Mặt khác, các lỗ đen thường được giữ kín hơn bởi lực hấp dẫn của chúng quá mạnh đến mức không có ánh sáng nào có thể thoát được, điều đó khiến cho chúng “vô hình” với các máy dò điện từ.
Nếu hai lỗ đen sáp nhập, sự kiện này có thể không quan sát được nhưng vẫn có thể dò được qua những gợn sóng không thời gian dưới hình thức của sóng hấp dẫn. Các máy dò hiện nay như Đài quan sát giao thoa kế sóng hấp dẫn LIGO tại Mỹ, có khả năng dò được các sóng này. Quan sát trực tiếp thành công đầu tiên là vào năm 2015. Tín hiệu được sinh ra từ vụ nổ của hai lỗ đen nhưng sự kiện là nguồn duy nhất của sóng hấp dẫn này có thể đến từ sự sáp nhập của hai ngôi sao neutron hoặc một lỗ đen với một sao neutron. Khám phá những khác bietj là một trong những thách thức chính trong quan sát các sự kiện vũ trụ này, theo lời tiến sĩ Arca Sedda.
Trong nghiên cứu này, các nhà nghiên cứu Heidelberg đã phân tích vụ nổ của các cặp lỗ đen và sao neutron. Tiến sĩ Arca Sedda đã dùng các mô phỏng tính toán chi tiết để nghiên cứu về những tương tác trong một hệ được tạo từ một ngôi sao và một vật thể compact như một lỗ đen, và một vật thể bất định có khối lượng lớn thể mô hình hóa một vụ nổ. Các kết quả thu được chỉ dấu có rất nhiều tương tác ba vật thể có thể đóng góp vào thực tế những sáp nhập lỗ đen- sao neutron trong những vùng sao có mật độ dày như các cụm sao hình cầu. “Một dạng đặc biệt của các sáp nhập khác biệt một cách rõ ràng với những sáp nhập trong những vùng cô lập đã được xác định”, Manuel Arca Sedda giải thích.
Vụ nổ một lỗ đen với một sao neutron đã được quan sát lần đầu tiên bằng các đài quan sát sóng hấp dẫn vào tháng 8/2019. Tuy vậy các đài quan sát quang học trên khắp thế giới đã không thể định vị được phần tương phản điện từ trong khu vực xuất phát của tín hiệu sóng hấp dẫn, điều đó cho thấy lỗ đen đã hoàn toàn “nuốt” ngôi sao neutron mà không cần phá hủy nó. Nếu được xác nhận, nó có thể là sự sáp nhập lỗ đen – sao neutron đầu tiên được quan sát trong môi trường sao đậm đặc, như miểu tả của tiến sĩ Arca Sedda.
Thanh Nhàn dịch
Nguồn: https://phys.org/news/2020-05-black-holes-neutron-stars-merge.html
