Vụ va chạm khổng lồ giữa hai sao neutron được phát hiện bằng sóng hấp dẫn vào năm 2017 đã thúc đẩy một trong những nỗ lực hợp tác lớn nhất trong lĩnh vực thiên văn học, khi hơn 70 nhóm nghiên cứu chạy đua để quan sát hậu quả của sự kiện này. Giờ đây, các nhà nghiên cứu đã phát triển một kỹ thuật học máy có thể kích hoạt phong trào quan sát như vậy ngay trước khi va chạm xảy ra — và giúp kính thiên văn theo dõi trực tiếp quá trình hai ngôi sao va chạm theo thời gian thực.
Thuật toán này được đào tạo trên các mô phỏng về dữ liệu mà một đài quan sát sóng hấp dẫn (gravitational-wave observatory) thu thập trong những phút trước khi hai sao neutron hợp nhất, tạo ra một sự kiện hiếm gặp gọi là kilonova, tức vụ nổ siêu tân tinh do va chạm giữa các vì sao. Những vụ nổ này được cho là nguồn gốc của một số nguyên tố nặng trong vũ trụ như vàng, bạch kim và uranium.
Công nghệ mới có thể giúp các đài quan sát sóng hấp dẫn thông báo cho các nhà thiên văn học khác về thời gian và vị trí chính xác của vụ va chạm sắp xảy ra, với độ chính xác cao hơn 30% so với các phương pháp phản ứng nhanh hiện có.
“Sự kết hợp giữa tốc độ và độ chính xác trong việc định vị mà nghiên cứu này mang lại thực sự ấn tượng,” Mansi Kasliwal, nhà vật lý thiên văn tại Viện Công nghệ California ở Pasadena, nhận xét. Kết quả nghiên cứu được công bố trên tạp chí Nature vào ngày 5 tháng 3.
Các ngôi sao xoáy ốc
Sao neutron là tàn dư của những ngôi sao khổng lồ đã sụp đổ vào cuối vòng đời, nén khối lượng gấp nhiều lần Mặt Trời vào một quả cầu neutron dày đặc có kích thước rộng chỉ khoảng 20 km. Đôi khi, hai sao neutron quay quanh nhau trong một hệ nhị phân.
Nếu quỹ đạo của chúng đủ gần, các hiệu ứng của thuyết tương đối rộng của Einstein sẽ tác động, khiến hệ nhị phân phát ra sóng hấp dẫn—những gợn sóng trong kết cấu không gian-thời gian. Quá trình này làm các ngôi sao mất năng lượng và dần xoáy vào nhau cho đến khi hợp nhất.
Cho đến nay, các nhà nghiên cứu mới quan sát được một số ít vụ va chạm sao neutron, và chỉ một lần duy nhất—sự kiện năm 2017—việc hợp nhất này được quan sát bởi cả các đài thiên văn sóng hấp dẫn lẫn các kính thiên văn quan sát sóng gamma và quang học.
Định vị chính xác
Trong nghiên cứu mới nhất, Maximilian Dax, nhà nghiên cứu học máy và vật lý thiên văn tại Viện Max Planck về Hệ thống Thông minh ở Tübingen, Đức, cùng cộng sự đã tìm ra cách phân tích một vụ hợp nhất chỉ trong vài giây thay vì hàng giờ.
Nhóm nghiên cứu đã mô phỏng sóng hấp dẫn do nhiều kiểu va chạm sao neutron khác nhau tạo ra. Các mô phỏng này thay đổi theo các đặc điểm như tốc độ quay của mỗi sao neutron quanh trục của nó, vị trí của hệ nhị phân trong không gian, và cách quỹ đạo của chúng thẳng hàng với các đài quan sát mặt đất như thế nào—tổng cộng có 17 thông số khác nhau.
Dữ liệu mô phỏng được sử dụng để huấn luyện một mạng nơ-ron nhằm ước tính các thông số này, bao gồm cả vị trí trên bầu trời nơi vụ va chạm sẽ xảy ra. Một bước tiến quan trọng là phương pháp huấn luyện mạng nơ-ron bằng dữ liệu nén, giúp tăng hiệu suất đáng kể, theo Dax. Những ước tính đầy đủ từng mất hàng giờ giờ đây có thể được thực hiện trong vài giây với độ chính xác tương đương.
“Việc gửi cảnh báo trước có tiềm năng rất lớn,” Eleonora Troja, nhà thiên văn học tại Đại học Rome Tor Vergata, nhận xét. Khả năng hướng các kính thiên văn X-quang và tia gamma trên không gian vào mục tiêu ngay khi có dữ liệu sóng hấp dẫn có thể giúp thu hẹp khu vực quan sát trước khi các kính thiên văn quang học tham gia.
“Theo tôi biết, chưa có vụ va chạm sao neutron nào từng được quan sát trực tiếp bằng kính thiên văn quang học hoặc vô tuyến,” bà nói.
Những sự kiện hiếm gặp gọi là kilonova, được tạo ra từ va chạm giữa các sao siêu đặc, được cho là nguồn gốc của một số nguyên tố nặng nhất trong vũ trụ. Ảnh: NASA
