Kính viễn vọng Roman của NASA có thể sẽ lần đầu tiên “nhìn thấy” quần thể sao neutron – phần lõi siêu đặc còn sót lại sau khi một ngôi sao lớn chết đi trong vụ nổ siêu tân tinh (supernova) – vốn được xem là vô hình trong dải Ngân Hà.
Các nhà thiên văn tin rằng sao neutron rải rác khắp Ngân Hà sau các vụ nổ siêu tân tinh. Tuy nhiên, hầu hết vẫn vô hình trước các kính viễn vọng hiện tại. Nghiên cứu đăng trên Astronomy and Astrophysics cho thấy kính viễn vọng Nancy Grace Roman sắp phóng của NASA có thể khắc phục điều này.
Nhóm nghiên cứu sử dụng mô phỏng Ngân Hà chi tiết để ước tính khả năng phát hiện sao neutron cô lập của Roman. Kết quả cho thấy Roman có thể xác định hàng chục tàn tích sao này nhờ hiệu ứng vi thấu kính hấp dẫn.
“Phần lớn sao neutron mờ và đơn độc, cực kỳ khó phát hiện nếu không có sự trợ giúp,” Zofia Kaczmarek từ Đại học Heidelberg (Đức), trưởng nhóm nghiên cứu, cho biết.
Nguyên lý phát hiện
Sao neutron chứa khối lượng lớn hơn Mặt Trời nhưng bị nén vào quả cầu cỡ thành phố. Khi một sao neutron đi qua phía trước một ngôi sao nền, lực hấp dẫn của nó bẻ cong ánh sáng và làm thay đổi vị trí biểu kiến của ngôi sao đó – gọi là vi thấu kính.
Khác với các kính viễn vọng khác chỉ đo độ sáng tạm thời, Roman có thể đo cả độ sáng (trắc quang) lẫn chuyển động vị trí cực nhỏ (trắc lượng học) với độ chính xác đặc biệt. Do sao neutron nặng hơn hầu hết các vật thể khác, chúng tạo ra tín hiệu trắc lượng mạnh hơn, cho phép đo trực tiếp khối lượng.
“Điều thực sự thú vị là nhờ vi thấu kính, chúng tôi có được phép đo khối lượng trực tiếp,” Peter McGill từ Phòng thí nghiệm Quốc gia Lawrence Livermore, đồng tác giả, nói. “Trắc quang cho biết có vật thể đi qua, nhưng chính độ dịch chuyển vị trí mới cho biết vật thể đó nặng bao nhiêu.”
Cuộc săn tìm sao neutron mất tích
Cho đến nay chỉ có vài nghìn sao neutron được xác định, hầu hết dưới dạng sao xung (pulsar). Tuy nhiên, các nhà khoa học ước tính Ngân Hà có thể chứa từ hàng chục đến hàng trăm triệu sao neutron.
Roman sẽ thực hiện Khảo sát Phình Ngân Hà trong tương lai, liên tục chụp ảnh hàng triệu ngôi sao với tần suất cao. Chỉ cần vài xác nhận cũng có thể cải thiện đáng kể mô hình vụ nổ sao và hành vi của vật chất trong điều kiện cực đoan.
“Chúng tôi chưa biết phân bố khối lượng của sao neutron hay lỗ đen, cũng như ranh giới giữa chúng. Roman sẽ là một bước đột phá thực sự,” McGill nói.
Cơ hội khoa học bất ngờ
Mặc dù khảo sát vi thấu kính của Roman được thiết kế chủ yếu để tìm ngoại hành tinh, độ chính xác trắc lượng của nó lại rất phù hợp để phát hiện sao neutron và lỗ đen cô lập – một hướng nghiên cứu hoàn toàn mới ngoài kế hoạch ban đầu.
“Điều này không nằm trong kế hoạch ban đầu, nhưng hóa ra khả năng trắc lượng của Roman lại rất tốt để phát hiện sao neutron và lỗ đen. Vì vậy chúng tôi có thể bổ sung thêm một mảng khoa học hoàn toàn mới cho các khảo sát của Roman,” McGill cho biết.
Nếu dự đoán chính xác, Roman sẽ tạo ra bộ sưu tập sao neutron cô lập lớn đầu tiên chỉ dựa trên tác động hấp dẫn, mở ra cánh cửa nghiên cứu các quần thể vật thể ẩn như hành tinh lang thang, lỗ đen và sao neutron trên khắp Ngân Hà.
Kính viễn vọng Không gian Nancy Grace Roman là đài quan sát hồng ngoại sắp tới của NASA, được chế tạo để khảo sát vũ trụ ở quy mô chưa từng có. Các nhà khoa học kỳ vọng nó sẽ phát hiện các ngoại hành tinh xa xôi, lập bản đồ vật chất tối và tiết lộ các quần thể thiên thể ẩn giấu như sao neutron và lỗ đen. Ảnh: Trung tâm Bay Không gian Goddard của NASA
Kính viễn vọng Không gian Nancy Grace Roman do Trung tâm Bay Không gian Goddard của NASA quản lý, dự kiến mang lại bước đột phá trong nghiên cứu sao neutron. Ảnh: SciTechDaily
