Vụ va chạm sao neutron phát sáng tia X suốt 10 phút chứ không chỉ nửa giây

Các vụ va chạm sao neutron thường báo hiệu sự hiện diện của chúng trong chưa đầy hai giây: một đợt bùng phát tia gamma, rồi sau đó là ánh sáng tàn dần. Một vụ va chạm cách Trái Đất sáu tỷ năm ánh sáng đã diễn ra theo kịch bản đó trong chưa đầy nửa giây. Nhưng rồi, thay vì im lặng, nó tiếp tục phun trào tia X trong gần mười phút.

Vệ tinh Einstein Probe của Trung Quốc đã ghi lại toàn bộ chuỗi sự kiện, và đây là chớp tia X tức thời kéo dài nhất từng được ghi nhận từ một vụ sáp nhập sao neutron. Nhóm nghiên cứu quốc tế đứng sau công bố trên tạp chí Science Bulletin (bài báo trang bìa) cho rằng khoảng thời gian kéo dài thêm đó đến từ thứ còn sót lại sau vụ va chạm. Thủ phạm khả dĩ nhất của họ là một magnetar – một sao neutron mới sinh, quay rất nhanh và sở hữu từ trường đủ mạnh để tiếp tục bơm năng lượng vào vụ nổ. Nếu họ đúng, thì các đài quan sát tia gamma mới chỉ bắt được nhịp mở đầu của những vụ va chạm này.

Điều đó có ý nghĩa vượt xa một sự kiện đơn lẻ. Các vụ sáp nhập sao neutron là nơi vũ trụ tạo ra các nguyên tố nặng như vàng và bạch kim, đồng thời chúng làm rung chuyển không-thời gian đủ mạnh để các máy dò sóng hấp dẫn trên Trái Đất có thể cảm nhận được. Thứ sống sót sau vụ va chạm – một lỗ đen hay một sao neutron siêu từ hóa – sẽ cho các nhà vật lý biết bao nhiêu vật chất có thể bị nén lại trước khi lực hấp dẫn chiến thắng.

Làm thế nào một chớp nửa giây biến thành mười phút

Sự kiện này mang hai cái tên: EP250704a trong dải tia X và GRB 250704B trong dải tia gamma, bởi ba tàu vũ trụ đã cùng lúc quan sát thấy nó. Sứ mệnh SVOM (Trung Quốc – Pháp) và đài quan sát Insight-HXMT của Trung Quốc ghi nhận chớp tia gamma, trong khi Kính viễn vọng Tia X trường rộng (Wide-field X-ray Telescope) của Einstein Probe theo dõi cùng một điểm trên bầu trời ở dải tia X mềm, năng lượng thấp.

Hầu hết các kính viễn vọng tia X có tầm nhìn hẹp và chỉ xoay về phía một chớp sáng sau khi máy dò tia gamma báo động, vì vậy những tia X sớm nhất thường đã biến mất vào lúc chúng kịp nhìn. Einstein Probe sử dụng quang học mắt tôm hùm (lobster-eye optics) để liên tục quan sát một vùng trời rộng lớn, đồng nghĩa với việc nó đã ở đó và theo dõi khi vụ va chạm xảy ra.

“Sự kiện ban đầu trông giống như một vụ chớp gamma ngắn thông thường, tạo ra một tia sáng chói kéo dài chưa đầy nửa giây,” An Li, nghiên cứu sinh tiến sĩ tại Đại học Sư phạm Bắc Kinh, người đang trực với vai trò điều phối viên các sự kiện nhất thời (transient advocate) của sứ mệnh, cho biết. “Tuy nhiên, thay vì mờ dần, nguồn sáng tiếp tục phát ra các đợt tia X mềm trong gần mười phút.”

Cuộc chạy đua xác định nguồn gốc thuộc về Niccolò Passaleva, một nghiên cứu sinh trong nhóm của Eleonora Troja tại Đại học Rome Tor Vergata. “Tôi đang đi tàu về nhà, và bỗng nhiên tôi phải chạy đua với thời gian để chiếm quyền điều khiển một trong những kính viễn vọng lớn nhất thế giới từ chiếc laptop của mình,” anh nói. Trong vòng vài phút, Kính viễn vọng Rất Lớn (Very Large Telescope – VLT) của Đài thiên văn Nam Âu tại Chile đã hướng về phía ánh sáng tàn dần.

Máy quang phổ X-Shooter của kính đã tách ánh sáng thành các màu thành phần và tìm thấy các vạch hấp thụ cho thấy dịch chuyển đỏ (redshift) là 0,661 – thước đo mức độ vũ trụ giãn nở đã kéo dài ánh sáng trên đường tới đây. Điều đó đặt vụ nổ ở khoảng cách hơn sáu tỷ năm ánh sáng: nó xảy ra trước khi Mặt Trời và các hành tinh của nó tồn tại.

Tại sao nó không phải là một ngôi sao đang chết

Các chớp tia X dài tự chúng không phải là điều mới mẻ. Những ngôi sao khổng lồ sụp đổ vào cuối đời cũng tạo ra các chớp sáng kéo dài, và những cái chết đó đi kèm với một siêu tân tinh. Vì vậy, nhóm nghiên cứu đã sử dụng máy ảnh FORS2 của VLT để tìm kiếm siêu tân tinh trong các ảnh chụp sâu về thiên hà chủ. Họ không tìm thấy gì.

Khoảng cách, sự vắng mặt của siêu tân tinh và các đặc tính của chính vụ nổ cùng chỉ ra một vụ sáp nhập các vật thể đặc (compact objects) – thuật ngữ chung chỉ sao neutron và lỗ đen. Các tia X cũng hoạt động theo cách mà sách giáo khoa không thể giải thích. Thay vì một đỉnh nhọn cứng từ vật chất rơi xuống tàn dư, sau đó là ánh sáng tàn dần mượt mà từ vụ nổ đang mở rộng, thì lượng phát xạ lại nhấp nháy và thay đổi quang phổ trong nhiều phút. Theo nhóm nghiên cứu, mô hình đó có nghĩa là động cơ trung tâm (central engine) tự nó tiếp tục hoạt động rất lâu sau khi các tia gamma ngừng phát.

“Một giải thích hợp lý là vụ sáp nhập đã tạo ra một sao neutron quay nhanh, có từ trường cao, được gọi là magnetar, cung cấp năng lượng cho phát xạ tia X kéo dài và tiếp tục bơm năng lượng,” Yi-Han Iris Yin, nghiên cứu sinh tiến sĩ tại Đại học Hong Kong, người dẫn đầu phân tích phát xạ năng lượng cao, cho biết.

0,4 giây tia gamma, 560 giây tia X

Các con số giải thích tại sao các nhà thiên văn đã bỏ lỡ giai đoạn này. Chớp tia gamma kéo dài khoảng 0,4 giây. Các tia X mềm kéo dài khoảng 560 giây, gấp khoảng 1.400 lần. Các nghiên cứu trước đây đã suy luận rằng khoảng 30% các vụ chớp gamma ngắn có thể ẩn chứa một pha tia X do động cơ trung tâm thúc đẩy kéo dài khoảng 100 giây, dựa trên tốc độ tàn dần của ánh sáng tàn dư, nhưng chưa ai từng quan sát trực tiếp. Sự kiện này kéo dài hơn năm lần so với các ước tính đó.

“Mặc dù phát xạ kéo dài này mang năng lượng đáng kể, nhưng quang phổ của nó mềm đến mức, đối với một vụ chớp ở khoảng cách vũ trụ điển hình này, nó sẽ nằm dưới ngưỡng phát hiện của các thiết bị tia gamma thông thường, chẳng hạn như Kính viễn vọng Chớp gamma (Burst Alert Telescope) của Swift,” Bin-Bin Zhang của Đại học Nam Kinh, đồng tác giả liên hệ, cho biết. Nói cách khác, các sứ mệnh trước đây sẽ chỉ ghi nhận một vụ chớp nửa giây hoàn toàn bình thường.

Một magnetar sẽ phù hợp với hành vi đó. Một sao neutron chứa nhiều khối lượng hơn Mặt Trời trong một quả cầu đường kính khoảng 20 km, tương đương kích thước một thành phố, và từ trường của một magnetar mạnh gấp khoảng một nghìn lần so với một sao neutron thông thường. “Magnetar là những sao neutron quay nhanh với từ trường khổng lồ. Khi chúng truyền năng lượng từ trường vào môi trường xung quanh, chúng có thể làm cho bất kỳ vụ nổ nào trở nên sáng hơn và kéo dài hơn,” Troja, một trong những tác giả liên hệ của bài báo, cho biết. “Khi tôi nhìn thấy dữ liệu tia X từ sự kiện mới này, tôi nhận ra có điều gì đó bất thường.”

Những điều chưa được giải quyết

Magnetar là một sự diễn giải, không phải là một quan sát. Các nhà nghiên cứu gọi nó là giải thích hợp lý nhất, và chính tiêu đề của bài báo cũng thận trọng, nói về “vụ sáp nhập vật thể đặc” thay vì gọi tên cặp đôi. Một sao neutron va chạm với một lỗ đen cũng nằm trong thuật ngữ đó.

Không có tín hiệu sóng hấp dẫn nào để giải quyết câu hỏi này. Ở khoảng cách sáu tỷ năm ánh sáng, vụ va chạm nằm ngoài tầm với của các máy dò hiện tại, vốn chỉ có thể nghe thấy các vụ sáp nhập sao neutron trong phạm vi vài trăm triệu năm ánh sáng. Bằng chứng cho một vụ sáp nhập dựa trên sự vắng mặt của siêu tân tinh và các đặc tính của vụ nổ, vốn là những bằng chứng mạnh mẽ nhưng gián tiếp.

Đây cũng chỉ là một sự kiện đơn lẻ. Các ứng viên trước đây tàn dư quá nhanh để có thể phân tích, vì vậy chưa ai biết có bao nhiêu vụ chớp ngắn ẩn chứa một pha tia X, hoặc có bao nhiêu vụ để lại một magnetar thay vì một lỗ đen. Nhóm nghiên cứu nghi ngờ hiện tượng này phổ biến; chỉ có một mẫu lớn hơn mới có thể chứng minh điều đó.

Các câu hỏi thường gặp về sáp nhập sao neutron và magnetar

Magnetar là gì?

Magnetar là một sao neutron có từ trường cực mạnh, gấp khoảng một nghìn lần so với một sao neutron thông thường. Các magnetar trẻ quay rất nhanh, và khi chúng mất năng lượng từ trường, chúng có thể truyền năng lượng vào môi trường xung quanh, làm cho vụ nổ sáng hơn và kéo dài hơn.

Chớp gamma ngắn là gì?

Chớp gamma ngắn là một tia sáng bức xạ năng lượng cao kéo dài dưới khoảng hai giây. Hầu hết được cho là đến từ các vụ va chạm giữa hai sao neutron hoặc giữa một sao neutron và một lỗ đen. Các chớp dài hơn thường đến từ các ngôi sao khổng lồ đang sụp đổ và đi kèm với một siêu tân tinh.

Vụ va chạm sao neutron này cách xa bao nhiêu?

Ánh sáng đã di chuyển hơn sáu tỷ năm để đến Trái Đất. Nhóm nghiên cứu đã đo dịch chuyển đỏ là 0,661 bằng máy quang phổ X-Shooter của Kính viễn vọng Rất Lớn, có nghĩa là vụ nổ đã xảy ra trước khi Mặt Trời và các hành tinh hình thành.

Einstein Probe là gì?

Einstein Probe là một kính viễn vọng không gian tia X do Trung Quốc dẫn đầu, được chế tạo cùng với các đối tác bao gồm Cơ quan Vũ trụ Châu Âu (ESA) và Viện Vật lý Ngoài Trái Đất Max Planck của Đức. Kính viễn vọng trường rộng của nó quét các vùng trời rộng lớn trong dải tia X mềm và đã phát hiện hàng trăm chớp tia X ngắn từ các thiên hà xa xôi.

Điều gì tiếp theo

Sự kiện được phát hiện vào ngày 4 tháng 7 năm 2025, và bài báo xuất hiện trên Science Bulletin vào năm 2026. Einstein Probe, trên quỹ đạo từ tháng 1 năm 2024, tiếp tục quét bầu trời, và mỗi chớp tia X nhanh mới có khoảng cách đo được đều bổ sung vào mẫu mà nhóm nghiên cứu cần.

Mục tiêu lớn hơn là sự trùng khớp với sóng hấp dẫn. Kể từ năm 2017, khi một vụ sáp nhập sao neutron lần đầu tiên được quan sát thấy ở cả sóng hấp dẫn và ánh sáng, các nhà thiên văn đã tìm kiếm thêm nhiều tín hiệu có thể đồng hành cùng những gợn sóng đó. “Tôi thực sự hào hứng với đợt quan sát sóng hấp dẫn tiếp theo, khi cuối cùng chúng ta có thể ghép một trong những chớp tia X này với một đợt bùng phát sóng hấp dẫn từ cùng một nguồn,” Passaleva nói. Một vụ sáp nhập gần hơn được ghi lại bằng cả hai phương pháp sẽ cho thấy chính xác thứ còn sót lại sau vụ va chạm.

Tham khảo: Li, Wang, Passaleva, An và cộng sự, “Phát xạ tia X mềm tức thời kéo dài nhiều phút từ một vụ sáp nhập vật thể đặc,” Science Bulletin, 2026. DOI: 10.1016/j.scib.2026.08.021

Thẻ: Very Large Telescope, chớp tia gamma, Einstein Probe, Eleonora Troja, sao neutron, sao từ