Giải mã bí ẩn những ngôi sao phát nổ từ phát hiện bên trong siêu tân tinh

Các nhà nghiên cứu đã sử dụng các đài quan sát trong không gian vũ trụ để nghiên cứu Cassiopeia A trong nhiều năm vì siêu tân tinh này tương đối gần xét về mặt thiên văn và siêu tân tinh này có thể cung cấp cái nhìn sâu sắc về sự tiến hóa của vũ trụ.

Khi những ngôi sao nổ tung giải phóng các nguyên tố vào không gian vũ trụ. Kính thiên văn như Chandra có thể giúp tìm ra những gì siêu tân tinh như Cassiopeia A tạo ra khi phát nổ.

Nghiên cứu được công bố mới đây trên tạp chí Nature.

Giải phóng các nguyên tố nặng

Các ngôi sao có khối lượng gấp 10 lần mặt trời sẽ phát nổ khi hết nhiên liệu. Tuy nhiên, các nhà khoa học không biết chính xác tại sao điều này lại xảy ra. Những vụ nổ sao này đã dẫn đến việc giải phóng các nguyên tố nặng trong vũ trụ, như vàng và titan, được tìm thấy trên trái đất.

Toshiki Sato - Phó Giáo sư Khoa Vật lý tại Đại học Rikkyo (Tokyo, Nhật Bản), tác giả chính của nghiên cứu - cho biết: “Các nhà khoa học nghĩ rằng, hầu hết titan được sử dụng trong cuộc sống hàng ngày của chúng ta, chẳng hạn như trong thiết bị điện tử hoặc đồ trang sức, được tạo ra trong một vụ nổ của một ngôi sao lớn. Tuy nhiên, cho đến nay, các nhà khoa học chưa bao giờ có thể ghi lại khoảnh khắc ngay sau khi titan ổn định được tạo ra".

Những ngôi sao khổng lồ chạy bằng năng lượng hạt nhân được tạo ra bởi các phản ứng trong lõi của chúng. Khi hết nhiên liệu, trung tâm của những ngôi sao sụp đổ, tạo thành một hố đen hoặc một vật thể dày đặc gọi là sao neutron.

Nếu thiên thể trở thành một ngôi sao neutron, một sóng xung kích phát ra từ ngôi sao, tạo ra các nguyên tố mới khi phản ứng hạt nhân xảy ra.

Khi các nhà khoa học tiến hành lập mô hình máy tính về hiện tượng này, họ nhận thấy rằng, năng lượng bị đốt cháy nhanh chóng và làm cho sóng xung kích bị đình trệ. Điều này sẽ ngăn chặn một vụ nổ siêu tân tinh xảy ra.

Vai trò tiềm năng của neutrino

Các mô phỏng máy tính mới cho thấy, một nguyên tố còn thiếu có thể cho phép siêu tân tinh tiếp tục: Neutrino.

Những hạt có khối lượng thấp ma quái này - được tạo ra khi một ngôi sao neutron hình thành - có thể thúc đẩy bong bóng của các nguyên tố bay xa, đẩy sóng xung kích về phía trước và cho phép hình thành siêu tân tinh.

Vụ nổ tạo ra siêu tân tinh Cassiopeia A có khả năng được thúc đẩy bởi các hạt neutrino, theo nghiên cứu mới này.

Dữ liệu từ đài Chandra, vốn quan sát các đặc điểm trong không gian vũ trụ thông qua phát xạ tia X, đã tạo ra các cấu trúc có hình dạng giống như ngón tay hướng ra khỏi siêu tân tinh. Những cấu trúc này chứa titan và crôm, cùng với sắt.

Nhiệt độ và các điều kiện khác cần thiết để tạo ra các nguyên tố này phù hợp với các bong bóng tăng tốc từ các mô phỏng trên máy tính.

“Chúng tôi chưa từng thấy dấu hiệu bong bóng titan này trong tàn tích siêu tân tinh trước đây, một kết quả chỉ có thể có với những hình ảnh cực kỳ sắc nét của Chandra. Kết quả của chúng tôi là một bước quan trọng trong việc giải quyết vấn đề làm thế nào những ngôi sao này phát nổ như siêu tân tinh" - đồng tác giả nghiên cứu Keiichi Maeda, Phó Giáo sư Khoa Thiên văn tại Đại học Kyoto, Nhật Bản, cho hay.

Điều này có nghĩa là các mảnh titan đã được tạo ra sâu bên trong ngôi sao khi xảy ra siêu tân tinh. Lượng titan ổn định được tạo ra bởi siêu tân tinh đặc biệt này vượt quá tổng khối lượng của Trái đất.

Phát hiện cũng ủng hộ lý thuyết rằng, các vụ nổ do sự thúc đẩy của neutrino có thể được sử dụng để giải thích một số vụ nổ sao lớn.