Sử dụng Mảng milimet/hạ milimet Atacama (ALMA), lần đầu tiên các nhà thiên văn học đã ghi lại được sự hợp nhất sao neutron bùng nổ của một sao neutron với một ngôi sao khác. Họ đã phát hiện ra ánh sáng có bước sóng milimet từ vụ nổ dữ dội do vụ sáp nhập gây ra. Ánh sáng này được cho là một trong những vụ nổ tia gamma có thời gian ngắn mạnh mẽ nhất từng được quan sát thấy- GRB 211106A.
Tanmoy Laskar, người sẽ sớm bắt đầu công việc với tư cách là Trợ lý Giáo sư Vật lý và Thiên văn học tại Đại học Utah, cho biết: “Sự hợp nhất xảy ra do bức xạ sóng hấp dẫn loại bỏ năng lượng khỏi quỹ đạo của các ngôi sao đôi, khiến các ngôi sao xoắn ốc hướng vào nhau.”
“Kết quả là vụ nổ đi kèm với các tia nước di chuyển gần với tốc độ ánh sáng. Khi một trong những tia này hướng vào Trái đất, chúng ta quan sát thấy một xung ngắn của tia gamma bức xạ hoặc GRB trong thời gian ngắn.”
GRB ngắn hạn thường khó phát hiện. Cho đến nay, chỉ có nửa tá GRB thời gian ngắn được phát hiện ở bước sóng vô tuyến. Hơn nữa, không cái nào được phát hiện ở bước sóng milimet.
Laskar nói, “Khó khăn là khoảng cách quá xa tới GRB và khả năng công nghệ của kính thiên văn. GRB ngắn hạn hào quang rất sáng và tràn đầy năng lượng. Nhưng những vụ nổ này xảy ra ở các thiên hà xa xôi, có nghĩa là ánh sáng từ chúng có thể khá yếu đối với các kính viễn vọng của chúng ta trên Trái đất. Trước ALMA, các kính thiên văn milimet không đủ nhạy để phát hiện ra các vệt sáng này.”
Ánh sáng từ GRB 211106A yếu đến mức trong khi các quan sát tia X ban đầu với Đài quan sát nhanh Neil Gehrels của NASA đã nhìn thấy vụ nổ, thiên hà chủ không thể phát hiện được ở bước sóng đó. Do đó, các nhà khoa học không thể xác định chính xác vị trí của nó.
Việc biết vụ nổ bắt nguồn từ thiên hà nào và hiểu thêm về bản thân vụ nổ cần sử dụng ánh sáng phát ra sau. Đầu tiên các nhà khoa học đưa ra giả thuyết rằng vụ nổ này có thể bắt nguồn từ một thiên hà gần đó khi chỉ tìm thấy bản sao tia X.
Laskar nói, “Mỗi bước sóng bổ sung thêm một khía cạnh mới cho sự hiểu biết của các nhà khoa học về GRB, và đặc biệt là milimet, rất quan trọng để khám phá sự thật về vụ nổ.”
“Các quan sát của Hubble cho thấy một trường thiên hà không thay đổi. Độ nhạy vô song của ALMA cho phép chúng tôi xác định chính xác vị trí của GRB trong trường đó và hóa ra nó nằm trong một thiên hà mờ nhạt khác, ở xa hơn. Đến lượt nó, điều đó có nghĩa là vụ nổ tia gamma trong thời gian ngắn này thậm chí còn mạnh hơn chúng ta nghĩ ban đầu, khiến nó trở thành một trong những vụ nổ phát sáng và tràn đầy năng lượng nhất từng được ghi nhận.”
Wen-fai Fong, Trợ lý Giáo sư Vật lý và Thiên văn học tại Đại học Tây Bắc, cho biết thêm: “Vụ nổ tia gamma ngắn này là lần đầu tiên chúng tôi cố gắng quan sát một sự kiện như vậy với ALMA. Rất khó để có được ánh hào quang cho các vụ nổ ngắn, vì vậy thật ngoạn mục khi bắt gặp sự kiện tỏa sáng rực rỡ này. Sau nhiều năm quan sát những vụ nổ này, phát hiện đáng ngạc nhiên này đã mở ra một lĩnh vực nghiên cứu mới, vì nó thúc đẩy chúng tôi quan sát thêm nhiều vụ nổ như vậy với ALMA và các mảng kính viễn vọng khác trong tương lai.”
Joe Pesce, Cán bộ Chương trình Quỹ Khoa học Quốc gia cho NRAO/ALMA, cho biết, “Những quan sát này thật tuyệt vời ở nhiều cấp độ. Họ cung cấp thêm thông tin để giúp chúng tôi hiểu bí ẩn vụ nổ tia gamma (và vật lý thiên văn sao neutron nói chung). Họ cũng chứng minh tầm quan trọng và bổ sung của các quan sát đa bước sóng với các kính viễn vọng trên không gian và trên mặt đất trong việc tìm hiểu các hiện tượng vật lý thiên văn.”
Edo Berger, Giáo sư Thiên văn học tại Đại học Harvard và nhà nghiên cứu tại Trung tâm Vật lý Thiên văn | Harvard & Smithsonian, cho biết, “Việc nghiên cứu GRB trong thời gian ngắn đòi hỏi sự phối hợp nhanh chóng của các kính viễn vọng trên khắp thế giới và trong không gian, hoạt động ở mọi bước sóng. Trong trường hợp của GRB 211106A, chúng tôi đã sử dụng một số kính thiên văn mạnh nhất hiện có— ALMA, Karl G. Jansky Very Large Array (VLA) của Tổ chức Khoa học Quốc gia, Đài quan sát tia X Chandra của NASA và Kính viễn vọng Không gian Hubble.”
“Với Kính viễn vọng Không gian James Webb (JWST) hiện đang hoạt động và các kính viễn vọng vô tuyến và quang học 20-40 mét trong tương lai như VLA thế hệ tiếp theo (ngVLA), chúng tôi sẽ có thể tạo ra một bức tranh hoàn chỉnh về các sự kiện thảm khốc này và nghiên cứu chúng tại khoảng cách chưa từng có.”
Laskar nói, “Với JWST, giờ đây chúng ta có thể lấy quang phổ của thiên hà chủ và dễ dàng biết được khoảng cách, đồng thời, trong tương lai, chúng ta cũng có thể sử dụng JWST để chụp các vệt sáng hồng ngoại và nghiên cứu thành phần hóa học của chúng. Với ngVLA, chúng ta sẽ có thể nghiên cứu cấu trúc hình học của các hào quang và nhiên liệu hình thành sao được tìm thấy trong môi trường chủ của chúng một cách chi tiết chưa từng có. Tôi rất vui mừng về những khám phá sắp tới trong lĩnh vực của chúng tôi.”
Tạp chí tham khảo:
- Tanmoy Laskar, Alicia Rouco Escorial. Dư âm GRB milimet ngắn đầu tiên: Máy bay phản lực góc rộng của SGRB 211106A cực kỳ năng lượng. Tạp chí Vật lý Thiên văn. arXiv: 2205.03419v2
