Vụ nổ vũ trụ sáng nhất mọi thời đại: Các nhà khoa học có thể đã giải quyết được bí ẩn về sự tồn tại của nó

Vụ nổ vũ trụ sáng nhất mọi thời đại: Các nhà khoa học có thể đã giải quyết được bí ẩn về sự tồn tại của nó

Dấu thời gian: ngày 8 tháng 2023 năm 10 00:XNUMX sáng

Tên phát hiện tình cờ bởi các vệ tinh quân sự của Hoa Kỳ vào cuối những năm 1960, vụ nổ vũ trụ được gọi là vụ nổ tia gamma (GRB) được hiểu là vụ nổ sáng nhất trong vũ trụ.

Điển hình là họ là kết quả về sự ra đời thảm khốc của một lỗ đen trong một thiên hà xa xôi. Một cách điều này có thể xảy ra là thông qua sự sụp đổ của một ngôi sao lớn, đơn lẻ.

Các nhà thiên văn học như tôi làm việc trong lĩnh vực này nhận thức rõ về quy mô năng lượng khổng lồ liên quan đến GRB. Chúng ta biết rằng chúng có thể giải phóng nhiều năng lượng dưới dạng tia gamma như mặt trời trong suốt thời gian tồn tại của nó. Nhưng thỉnh thoảng, một sự kiện được quan sát vẫn khiến chúng ta phải dừng lại.

Vào tháng 2022 năm XNUMX, các máy dò tia gamma trên vệ tinh quỹ đạo Fermi và Đài quan sát Swift của Neil Gehrels ghi nhận một vụ nổ được gọi là GRB 221009A (ngày phát hiện).

Điều này nhanh chóng trở thành một kỷ lục được thiết lập. Nó được mệnh danh là Sáng nhất mọi thời đại, hay “Con thuyền”, là cách viết tắt thuận tiện cho các nhà thiên văn học đang nghiên cứu và quan sát sự kiện này. Con thuyền không chỉ bắt đầu rực rỡ mà còn không chịu lụi tàn như những vụ nổ khác.

Chúng tôi vẫn chưa hoàn toàn biết tại sao vụ nổ lại sáng lạ thường như vậy, nhưng nghiên cứu mới của chúng tôi, xuất bản năm Những tiến bộ khoa học, cung cấp một câu trả lời cho sự kiên trì bướng bỉnh của nó.

Vụ nổ bắt nguồn từ khoảng cách 2.4 tỷ năm ánh sáng—tương đối gần đối với GRB. Nhưng ngay cả khi tính đến khoảng cách tương đối, năng lượng của sự kiện và bức xạ do hậu quả của nó tạo ra đều nằm ngoài bảng xếp hạng. Rõ ràng là không bình thường đối với một sự kiện ở xa trong vũ trụ gửi khoảng một gigawatt năng lượng vào bầu khí quyển phía trên của Trái đất.

Quan sát tia khí vũ trụ hẹp

GRB chẳng hạn như Thuyền phóng một luồng khí di chuyển với tốc độ rất gần với tốc độ ánh sáng vào không gian. Làm thế nào chính xác tia phản lực được phóng ra vẫn còn là một điều bí ẩn—nhưng rất có thể, nó liên quan đến từ trường gần nơi lỗ đen đang được hình thành.

Đó là sự phát xạ sớm từ máy bay phản lực này mà chúng ta thấy là vụ nổ. Sau đó, tia phản lực chậm lại và tạo ra bức xạ bổ sung, một vệt sáng mờ dần—từ sóng vô tuyến cho đến (trong trường hợp ngoại lệ) tia gamma.

Chúng tôi không quan sát máy bay phản lực trực tiếp. Thay vào đó, giống như những ngôi sao xa xôi, chúng ta coi GRB là những điểm trên bầu trời. Tuy nhiên, chúng tôi có lý do chính đáng để tin rằng GRB không phát nổ theo mọi hướng như nhau. Đối với GRB 221009A, điều này chắc chắn là không hợp lý, vì nó sẽ liên quan đến việc nhân lượng năng lượng được phát hiện trên Trái đất theo tất cả các hướng khác— lên tới mức năng lượng lớn hơn nhiều so với bất kỳ ngôi sao nào có sẵn.

[Nhúng nội dung]

Một dấu hiệu khác cho thấy GRB đến từ các máy bay phản lực hướng thẳng vào chúng ta là do thuyết tương đối đặc biệt. Thuyết tương đối dạy chúng ta rằng tốc độ ánh sáng là không đổi, bất kể nguồn di chuyển về phía chúng ta nhanh như thế nào. Nhưng điều đó vẫn cho phép hướng của ánh sáng trở nên méo mó. Nhờ hiệu ứng gương ngôi nhà vui nhộn này, ánh sáng phát ra theo mọi hướng từ bề mặt của một chiếc máy bay phản lực đang chuyển động nhanh sẽ tập trung mạnh dọc theo hướng chuyển động của nó.

Điều đó nói rằng, các cạnh của một tia phản lực hướng về hướng của chúng ta sẽ hơi cong ra xa, nghĩa là ánh sáng của chúng được tập trung ra khỏi hướng của chúng ta. Chỉ sau đó, khi máy bay phản lực chậm lại, các cạnh mới xuất hiện bình thường và ánh hào quang bắt đầu mờ đi nhanh hơn.

Nhưng ở đây một lần nữa, GRB 221009A đã phá vỡ các quy tắc. Các cạnh của nó không bao giờ lộ ra, và nó tham gia vào một nhóm chọn lọc gồm các vụ nổ rất sáng không bị mờ đi theo bình thường. Thay vì bắt đầu mờ dần rồi biến mất nhanh chóng, nó sẽ mờ dần theo thời gian.

Trong công việc của mình, chúng tôi chứng minh làm thế nào có thể che khuất sự xuất hiện của các cạnh tia nước theo cách phù hợp với các quan sát của Thuyền. Ý tưởng chính như sau: vâng, một dòng tia hẹp đã được phóng ra, nhưng nó gặp khó khăn trong việc thoát khỏi ngôi sao đang sụp đổ, dẫn đến rất nhiều hỗn hợp với khí sao dọc theo các cạnh của dòng tia.

Từ mô phỏng đến quan sát

Để kiểm tra xem đây có thực sự là trường hợp hay không, chúng tôi đã lấy kết quả mô phỏng trên máy tính hiển thị sự pha trộn này và triển khai nó trong một mô hình thực sự có thể được so sánh trực tiếp với dữ liệu Thuyền. Và nó cho thấy rằng những gì thông thường sẽ là một sự thay đổi nhanh chóng thành một tín hiệu yếu dần, giờ đây đã trở thành một sự cố kéo dài.

Bức xạ từ khí bị đốt nóng của ngôi sao sắp chết tiếp tục xuất hiện trong tầm nhìn của chúng ta, giải thích tại sao nó vẫn sáng như vậy. Điều này tiếp tục xảy ra cho đến mức bất kỳ dấu hiệu phản lực đặc trưng nào đều bị mất trong quá trình phát xạ tổng thể.

Bằng cách này, GRB 221009A không chỉ xác nhận những kỳ vọng từ mô phỏng mà còn cung cấp manh mối cho các sự kiện tương tự đã thấy trong quá khứ, nơi mọi người phải giữ sửa đổi ước tính năng lượng trở lên trong khi chờ đợi một cạnh phản lực xuất hiện.

Chúng tôi đã tính toán rằng khả năng nhìn thấy một vụ nổ sáng như thế này là khoảng một nghìn năm một lần, vì vậy chúng tôi thật may mắn khi phát hiện ra một vụ nổ. Nhưng câu hỏi vẫn còn. Ví dụ, từ trường đóng vai trò gì?

Các nhà lý thuyết và lập mô hình số sẽ khám phá những vấn đề này trong nhiều năm, tìm kiếm dữ liệu về Thuyền trong khi chúng tôi tiếp tục theo dõi sự kiện lớn tiếp theo sẽ đến. Conversation

Bài viết này được tái bản từ Conversation theo giấy phép Creative Commons. Đọc ban đầu bài viết.

Tín dụng hình ảnh: NASA. Tia X của vụ nổ tia gamma sáng nhất từ ​​trước đến nay phản xạ khỏi các lớp bụi, tạo ra 'tiếng vang ánh sáng' kéo dài của vụ nổ ban đầu.

Dấu thời gian:

Thêm từ Trung tâm cá biệt