Khi nhìn vào Vũ trụ bùng nổ, có một hiện tượng nổi bật ở phần đầu và vai so với phần còn lại.
Nó mạnh đến mức trong vài giây, nó phát ra năng lượng lớn hơn nhiều lần so với Mặt trời sẽ phát ra trong toàn bộ thời gian tồn tại của nó.
Nó sáng đến nỗi tất cả những thiên hà mà chúng ta quan sát được cho đến nay đều nằm ở các thiên hà khác.
Phần lớn bức xạ giải phóng trong loại vụ nổ này ở dạng sóng năng lượng cao nhất trong quang phổ điện từ – tia gamma.
Tôi đang nói về vụ nổ tia gamma. Nhưng những sự kiện vô cùng tươi sáng này là gì?
Làm thế nào để các vụ nổ tia gamma xảy ra trong các ngôi sao lớn khi chúng chết? Câu trả lời có thể cho chúng ta biết thêm về cách các thiên hà – và thậm chí cả sự sống – tiến hóa.
Chúng tôi đã nói chuyện với Tiến sĩ Elizabeth Stanway, một nhà mô hình sao ngoài thiên hà tại Đại học Warwick, để tìm hiểu thêm về những sự kiện đáng kinh ngạc này.
Khi một ngôi sao lớn cạn kiệt tất cả nhiên liệu của nó, nó sẽ sụp đổ dưới sức nặng của chính nó và chết trong một vụ nổ siêu tân tinh. Khi ngôi sao rất, rất nặng và đang quay nhanh cùng lúc với sự sụp đổ, nó sẽ tạo thành một lỗ đen ở lõi và phát ra các tia năng lượng.
Một vụ nổ tia gamma xảy ra khi một ngôi sao rất lớn sụp đổ như thế này và chúng ta đang nhìn dọc theo đường tia của tia gamma.
Chúng ta có chùm bức xạ này hướng thẳng vào chúng ta. Nó sáng gấp hàng chục hoặc hàng trăm lần siêu tân tinh thông thường. GRB có thể chiếu sáng toàn bộ thiên hà.
Câu hỏi lớn là làm thế nào bạn có được một ngôi sao lớn như vậy và vẫn quay rất nhanh khi nó chết. Công việc tôi đang làm cùng với các đồng nghiệp Ashley Chrismes và Tiến sĩ JJ Eldridge là mô hình hóa điều này như một dạng tương tác sao đôi.
Người ta nói rằng lý do những ngôi sao khổng lồ này vẫn quay rất nhanh khi chúng sụp đổ là vì ngôi sao đồng hành đang ngăn chúng chậm lại – nó đang quay chúng lên theo thời gian.
Chúng tôi có một tập hợp các mô hình tiến hóa sao, bao gồm ý tưởng rằng các ngôi sao có thể chuyển vật chất từ một ngôi sao trong hệ nhị phân sang một ngôi sao đồng hành.
Một ngôi sao bình thường sẽ thổi gió và vật chất ra khỏi bề mặt của nó theo thời gian, làm giảm khả năng quay của nó.
Nhưng nếu vật chất đó ưu tiên đi đến vật chất lân cận và vật chất đó đang tạo ra thủy triều lên ngôi sao, thì nó sẽ khiến ngôi sao đó quay nhanh hơn trở lại.
Chúng tôi đã tính toán tác động của thủy triều trong các hệ thống nhị phân này – đó là tác động tương tự mà Mặt trăng gây ra cho Trái đất và các đại dương của nó.
Chúng tôi cũng đang xem xét cụ thể các ngôi sao nhị phân. Với những gì chúng ta biết về sự phổ biến của các sao đôi và cách các ngôi sao được hình thành trong lịch sử của Vũ trụ, bộ mô hình này có xác nhận các quan sát không?
Nó nhất quán; mô hình của chúng tôi có thể giải thích dữ liệu.
Chúng tôi có một phần tư triệu mô hình tiến hóa của các vì sao riêng lẻ và đối với mỗi mô hình, chúng tôi có thể xác định điều gì sẽ xảy ra ở cuối: có thể chỉ khoảng 20.000 trong số chúng sẽ phát nổ.
Chúng tôi đã xem xét liệu các hiệu ứng thủy triều trong các sao đôi có ít nhiều khả năng làm cho những ngôi sao này phát nổ dưới dạng GRB hay không.
Điều quan trọng là cho đến nay, các mô hình trước đây giữ cho các ngôi sao này quay chỉ hoạt động khi chúng ta có các ngôi sao nghèo kim loại.
Mô hình của chúng tôi, với hiệu ứng thủy triều, cho phép quá trình quay này xảy ra ở những ngôi sao có hàm lượng kim loại cao hơn. Nó giải thích một số quan sát gợi ý rằng những sự kiện này đang xảy ra trong các thiên hà khá giàu kim loại.
Một phần rất nhỏ các ngôi sao trở thành GRB, chỉ những ngôi sao lớn hơn Mặt trời của chúng ta khoảng 20 đến 25 lần mới làm được điều này.
Mặc dù cực kỳ hiếm, nhưng khi GRB tắt, nó sẽ phát ra một khối lượng rất lớn – vì vậy chúng ảnh hưởng đến các ngôi sao gần đó và chắc chắn chúng có thể ảnh hưởng đến bất kỳ sự sống tiềm năng nào trong các hệ sao lân cận.
Việc nghiên cứu các hệ thống này có thể rất quan trọng, vì nó giúp chúng ta hiểu được các khu vực trong Vũ trụ nơi sự sống có khả năng tồn tại thay vì bị xóa sổ; bạn thực sự không muốn ở gần GRB.
Mặc dù hiện nay chúng ta đang sống trong một hệ hành tinh khá yên tĩnh, ở rìa của một Thiên hà khá yên tĩnh, nhưng trong quá khứ, Vũ trụ đang hình thành các ngôi sao với tốc độ cao hơn nhiều và những ngôi sao khối lượng lớn này đang tác động đến môi trường xung quanh chúng theo nhiều cách.
Họ đang điều khiển bức xạ và thổi khí và bụi ra khỏi toàn bộ thiên hà bằng lực bức xạ và siêu tân tinh của họ.
Vì vậy, nghiên cứu của chúng tôi về sự sống và cái chết của những ngôi sao này rất quan trọng đối với sự hiểu biết của chúng ta về cách các thiên hà đã phát triển theo thời gian.
Lời: Maggie-Aderin Pocock
Về mặt quan sát, một vụ nổ tia gamma, hay GRB, là một tia bức xạ gamma cực kỳ mạnh.
Lần ngắn nhất chỉ kéo dài trong một phần giây, mặc dù một số có thể tiếp tục trong vài phút và chúng tôi thậm chí đã thấy một số kéo dài trong vài giờ, mặc dù điều này rất hiếm.
Khi GRB xảy ra, đó là một trong những thứ sáng nhất trên bầu trời.
Chúng tôi quan sát khoảng 100 GRB mỗi năm, nhưng do tính chất định hướng của chúng, đây có thể chỉ là khoảng 10% tổng số xảy ra trong phạm vi quan sát được của chúng tôi.
Sau vụ nổ tia gamma, người ta thường quan sát thấy ánh hào quang có chứa các phần khác của phổ điện từ và tồn tại lâu hơn rất nhiều so với vụ nổ ban đầu.
Đã có một số tranh luận về nguyên nhân gây ra GRB. Những người tồn tại trong thời gian ngắn được cho là do va chạm giữa các vật thể nặng như sao neutron hoặc lỗ đen.
Các vụ nổ tồn tại lâu hơn (hai giây hoặc lâu hơn) được cho là do sự sụp đổ của các ngôi sao có khối lượng mặt trời từ 30 lần trở lên.
Những sự sụp đổ này đôi khi được liên kết với siêu tân tinh, nhưng chỉ có bằng chứng hạn chế.
Khi được quan sát ở các thiên hà xa xôi, mặc dù các vụ nổ tia gamma có thể nhìn thấy rõ ràng, nhưng bất kỳ siêu tân tinh nào đi kèm sẽ mờ hơn nhiều, nghĩa là hiếm khi phát hiện được nó ở các khoảng cách liên quan.
Các GRB đã được quan sát đều ở rất xa Thiên hà của chúng ta và kết quả là ánh sáng phải mất một thời gian dài mới đến được với chúng ta.
Những vụ nổ này diễn ra khi Vũ trụ còn rất trẻ, khoảng bốn phần trăm tuổi hiện tại của nó.
Kết quả là chúng ta đang xem xét sự sụp đổ của các vật thể là một số ngôi sao đầu tiên được hình thành trong Vũ trụ của chúng ta.
GRB sáng đến mức chúng kích thích vật chất xung quanh những ngôi sao sơ khai này. Khi chúng tôi phát triển thiết bị phát hiện tinh vi hơn, GRB sẽ cho chúng tôi cái nhìn sâu sắc về môi trường mà những ngôi sao sơ khai được tạo ra.
Thực tế là chúng tôi chỉ phát hiện ra các vụ nổ tia gamma bên ngoài Thiên hà của chúng tôi thực sự là một điều dễ chịu.
Do năng lượng được giải phóng, nếu một vụ phun trào xảy ra trong Thiên hà của chúng ta thì mức độ bức xạ có thể tác động đến sự sống trên Trái đất.
May mắn thay, các tính toán đã chỉ ra rằng rất khó xảy ra hiện tượng này trong Dải Ngân hà. Các điều kiện không đúng.
Trong các cổ phần bùng nổ, GRB thực sự có sẵn. Bằng cách nhìn vào những tia lửa sáng rực rỡ này, chúng ta có thể hiểu rõ hơn về những gì nó giống như trong Vũ trụ sơ khai.