Kính Chandra Phát Hiện 'Sao Chết Nhấp Nháy': Tàn Tích Siêu Tân Tinh Biến Đổi Bất Ngờ Trong Thiên Hà M83

Bí ẩn về những tàn tích không yên nghỉ

Các tàn tích siêu tân tinh thường có tuổi đời hàng trăm hoặc hàng nghìn năm. Khi sóng xung kích ban đầu từ vụ nổ cạn kiệt năng lượng, khối khí nóng sẽ bức xạ hết tia X và dần trở nên tối hơn. Tuy nhiên, quần thể tàn tích trong M83, nằm cách Trái Đất khoảng 15 triệu năm ánh sáng, lại không tuân theo kịch bản này .

Trong số 22 tàn tích phát ra tia X được phân tích trong suốt khoảng thời gian quan sát 14 năm (từ 2000 đến 2014), khoảng một nửa cho thấy những thay đổi có thể đo lường được về độ sáng. Đây không chỉ là một sự nhấp nháy tinh tế; các biến đổi đủ lớn để trở nên rõ ràng trong dữ liệu, với một số nguồn bừng sáng và mờ đi một lượng đáng kể trong các khoảng thời gian không đều đặn .

Chỉ có một trong số những tàn tích biến đổi này có lời giải thích đơn giản. Được đặt tên là SN 1957D, tàn tích này được quan sát thấy đang va chạm các mảnh vỡ tốc độ cao của mình vào một vùng khí dày đặc xung quanh. Vụ va chạm tạo ra một luồng vật chất bị sốc nhiệt và phát xạ tia X tăng cường, giải thích cho những lần bừng sáng của nó. Đối với hơn mười tàn tích đang nhấp nháy còn lại, nguyên nhân vẫn chưa rõ ràng .

Những 'thây ma' sao: Hệ đôi và cơ chế hút vật chất trở lại

Nhóm nghiên cứu đã đưa ra hai giả thuyết chính cho hiện tượng nhấp nháy bí ẩn này, và cả hai đều gợi ý rằng đây không đơn giản là những ngôi sao "đã chết" mà là những hệ thống vẫn đang tích cực tiêu thụ vật chất.

Kịch bản ngôi sao đồng hành sống sót: Nhiều ngôi sao lớn được sinh ra theo cặp đôi. Khi ngôi sao có khối lượng lớn hơn trong hai ngôi sao phát nổ, nó có thể để lại một thiên thể đặc siêu nén – một sao neutron hoặc hố đen – trong khi ngôi sao đồng hành của nó vẫn nguyên vẹn. Lực hấp dẫn của tàn tích sau đó có thể hút vật chất của sao ra khỏi người bạn đồng hành còn sống sót. Khi dòng khí này xoáy vào bên trong, nó nóng lên đến hàng triệu độ, tạo ra một hệ sao đôi phát tia X cực mạnh. Tốc độ truyền vật chất không thể đoán trước này có thể gây ra hiện tượng nhấp nháy mà chúng ta quan sát thấy .

Cơ chế hút vật chất trở lại: Thay vì một ngôi sao hiến tặng, hố đen hoặc sao neutron mới hình thành có thể đang thu hồi một phần các mảnh vỡ đã bị thổi bay ra ngoài trong vụ nổ siêu tân tinh ban đầu. Quá trình "tái chế vũ trụ" này, nơi một số vật chất không thể thoát khỏi lực hấp dẫn và rơi trở lại vào thiên thể trung tâm, cũng sẽ tạo ra phát xạ tia X biến đổi tương tự .

Những lời giải thích này không loại trừ lẫn nhau, và có thể cả hai quá trình đều đang diễn ra ở những tàn tích khác nhau trong mẫu nghiên cứu. Bằng chứng cho giả thuyết sao đôi được củng cố bởi vị trí của những tàn tích nhấp nháy – chúng được tìm thấy trong các "túi" của M83, nơi có mật độ tập trung cao hơn của những ngôi sao trẻ khổng lồ, đúng như nơi mà các hệ sao đôi tia X khối lượng lớn được kỳ vọng sẽ xuất hiện .

Một bất ngờ tương tự ở thiên hà khác

M83 không phải là trường hợp cá biệt. Một nghiên cứu tiếp theo về Thiên hà Xoáy Nước (M51) đã tiết lộ một quần thể tương tự gồm các nguồn tia X biến đổi liên quan đến tàn tích siêu tân tinh. Việc phát hiện ra mô hình này trong một thiên hà đang hình thành sao thứ hai cho thấy những tàn tích nhấp nháy có thể là một giai đoạn phổ biến, nhưng trước đây bị bỏ qua, trong "kiếp sau" của các ngôi sao trong vũ trụ .

Phát hiện thêm: Một siêu tân tinh ngay cạnh hố đen

Trong một phát hiện không liên quan nhưng cũng không kém phần hấp dẫn, Chandra và vệ tinh XMM-Newton của Cơ quan Vũ trụ Châu Âu đã khám phá ra bằng chứng về một tàn tích siêu tân tinh trong một trong những môi trường khắc nghiệt nhất có thể tưởng tượng. Mảnh vỡ này được tìm thấy gần Sagittarius A* (Sgr A*), hố đen siêu lớn ở trung tâm Dải Ngân Hà, cách Trái Đất khoảng 26.000 năm ánh sáng .

Các nhà thiên văn ước tính rằng ngôi sao tạo ra mảnh vỡ này đã phát nổ cách đây khoảng 1.700 năm. Tàn tích thu được, nằm gần một khu vực gọi là Sagittarius C, đang giãn nở với tốc độ khoảng 3,2 triệu km/h. Nếu được xác nhận, đây sẽ là tàn tích siêu tân tinh gần nhất từng được phát hiện so với hố đen trung tâm của thiên hà chúng ta .

Phát hiện này, cũng được công bố trên The Astrophysical Journal, đặt một vụ nổ sao vào một khu phố bạo lực bị chi phối bởi lực hấp dẫn cực đoan, từ trường dày đặc và những đám mây khí bị quất với tốc độ cao. Việc nghiên cứu một tàn tích trong môi trường này cung cấp cho các nhà thiên văn một phòng thí nghiệm độc nhất để tìm hiểu cách vật chất hành xử trong những trường hấp dẫn mạnh nhất vũ trụ .