Làm thế nào để đo khối lượng một ngôi sao trẻ

Cho đến tận bây giờ, các nhà khoa học đã xác định được khối lượng của các ngôi sao, hành tinh và các mặt trăng vệ tinh bằng cách nghiên cứu chuyển động của chúng trong mối quan hệ giữa những thứ gần đó, họ đã sử dụng lực hấp dẫn giữa hai ngôi sao làm cơ sở cho sự tính toán.

Giờ đây, các nhà toán học đã tìm ra một phương pháp mới để đo khối lượng của những ngôi sao trẻ, ngay cả đối với ngôi sao tồn tại riêng rẻ trong không gian vũ trụ.

“Đối với các sao pulsar (ẩn tinh), chúng tôi đã có thể sử dụng các nguyên lý của vật lý hạt nhân, chứ không phải là trọng lực, để tìm ra khối lượng của chúng – đây là một bước đột phá có khả năng tạo nên một cuộc cách mạng về phương pháp chúng ta dùng để tính loán loại hình này“, Wynn Ho, nhà khoa học toán học tại Đại học Southampton, cũng là người đứng đầu cuộc nghiên cứu nói. Pulsar là những ngôi sao neutron xoay rất nhanh được hình thành từ phần còn lại của các ngôi sao lớn sau khi chúng phát nổ tạo thành các siêu tân tinh.

Cộng tác viên Cristobal Espinoza của Đại học Công giáo Chi Lê giải thích: “Tất cả các phép đo chính xác trước đó về khối lượng của sao pulsar đã được thực hiện bằng cách dựa trên việc các ngôi sao quay quanh một ngôi sao khác, kỹ thuật tương tự cũng được sử dụng để đo khối lượng của Trái đất hay Mặt trăng, hay khám phá các hành tinh đầu tiên ngoài hệ Mặt trời. Kỹ thuật của chúng tôi rất khác biệt và có thể được sử dụng cho các ngôi sao bị cách ly“.

Các sao Pulsar phát ra một chùm tia quay của bức xạ điện từ, có thể được kính thiên văn phát hiện khi chùm tia quét qua Trái Đất, nó giống như cách quan sát ánh đèn sáng từ một ngọn hải đăng. Chúng cũng nổi tiếng vì tốc độ quay vô cùng ổn định, nhưng thỉnh thoảng chúng cũng bị “trục trặc”, khi đó chúng tăng tốc độ lên trong một thời gian rất ngắn.

Lý thuyết hiện hành là những trục trặc phát sinh khi một chất siêu lỏng bên trong một ngôi sao truyền năng lượng xoay tròn của nó cho lớp vỏ ngôi sao, thành phần mà được các nhà quan sát theo dõi.

“Hãy tưởng tượng sao pulsar như một bát súp, cái bát đang xoay tròn với một tốc độ và súp bên trong thì đang xoay tròn nhanh hơn,” Nils Anderson, Giáo sư Toán học Ứng dụng tại Đại học Southampton cho biết. “Ma sát giữa bên trong tô và thứ nó chưa, súp, sẽ làm cái bát tăng tốc độ. Súp càng nhiều, thì bát sẽ quay càng nhanh hơn.“

Ho và các cộng tác viên đã sử dụng dữ liệu tia X-ray và tia radio mới để phát triển một mô hình toán học khác thường có thể dùng để do khối lượng của những ngôi sao pulsar bị trục trặc. Ý tưởng này dựa trên sự hiểu biết về hiện tượng siêu lỏng. Độ lớn và tần số của những trục trặc của sao pulsar phu thuộc vào lượng chất siêu lỏng trong sao và sự di chuyển của vật chất siêu lỏng xoay tròn bên trong. Bằng cách kết hợp các thông tin quan sát với vật lý hạt nhân, người ta có thể xác định khối lượng của các ngôi sao.

Kết quả của nhóm nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng đối với các thế hệ tiếp theo của kính viễn vọng vô tuyến đang được các tập đoàn quốc tế lớn phát triển, như Square Kilometre Array (SKA) và Low Frequancy Array (LOFAR). Việc phát hiện và giám sát nhiều sao pulsar hơn là mục tiêu khoa học chút chốt của các dự án này.

Những phát hiện này được đăng trên Science Advances (Những tiến bộ khoa học).

Nguồn: University of Southampton. 

Nguồn: University of Southampton.