Các mô phỏng máy tính mới về việc lỗ đen nuốt chửng sao neutron đã khơi mào một cuộc tranh luận thú vị trong cộng đồng khoa học về những gì thực sự xảy ra trong các vụ va chạm vũ trụ này. Trong khi nghiên cứu cho thấy những chi tiết đáng kinh ngạc về các trận động đất sao và sóng xung kích, các chuyên gia đang đặt câu hỏi về việc liệu những tuyên bố ban đầu về các vụ va chạm này có hoàn toàn chính xác hay không.
Cuộc tranh luận tập trung xung quanh một tuyên bố quan trọng trong nghiên cứu cho rằng lỗ đen thường nuốt chửng toàn bộ sao neutron mà không tạo ra đám mây vật chất phát sáng như trong các vụ va chạm vũ trụ khác. Tuy nhiên, một số nhà khoa học cho rằng đây không phải là bức tranh đầy đủ.
 |
|---|
| Một mô tả nghệ thuật về lỗ đen và sao lùn trắng, đại diện cho các hiện tượng vũ trụ được thảo luận trong bài viết |
Tranh Cãi Về Việc Tạo Ra Vàng
Điểm bất đồng chính liên quan đến việc liệu các vụ va chạm giữa lỗ đen và sao neutron có thực sự có thể tạo ra các nguyên tố nặng như vàng hay không. Nghiên cứu ban đầu cho rằng chúng không tạo ra nhiều vật chất so với các vụ va chạm giữa sao neutron với sao neutron. Nhưng các cuộc thảo luận trong cộng đồng cho thấy điều này có thể đã được đơn giản hóa quá mức.
Theo các nghiên cứu gần đây, ngay cả khi lỗ đen tiêu thụ một sao neutron, một số vật chất vẫn thoát ra. Điều này bao gồm sắt từ lớp vỏ của sao neutron và các neutron tự do có thể trải qua một quá trình gọi là tổng hợp hạt nhân r-process. Quá trình này chịu trách nhiệm tạo ra nhiều nguyên tố nặng hơn sắt trong bảng tuần hoàn, bao gồm cả vàng.
Sản lượng bình thường từ ba đến 13 khối lượng Trái Đất vàng là điển hình. Tổng khối lượng này không đáng kể so với khối lượng cuối cùng của vật thể kết hợp, nhưng nó cũng là động cơ tạo ra nhiều nguyên tố cao hơn sắt trong bảng tuần hoàn.
Lượng vàng được tạo ra có thể có vẻ nhỏ so với các vật thể khổng lồ liên quan, nhưng nó vẫn có ý nghĩa quan trọng để hiểu cách các nguyên tố nặng hình thành trong vũ trụ của chúng ta.
Ước tính Sản xuất Nguyên tố Nặng:
- Sản lượng vàng: 3-13 khối lượng Trái Đất mỗi lần va chạm
- Quá trình: Tổng hợp hạt nhân sao R-process
- Vật liệu: Hạt nhân sắt (từ lớp vỏ) + neutron tự do
- Ý nghĩa: Tạo ra các nguyên tố nặng hơn sắt trong bảng tuần hoàn
Mô Phỏng Máy Tính Tiên Tiến Cho Thấy Các Chi Tiết Mới
Nhóm nghiên cứu đã sử dụng các siêu máy tính mạnh mẽ với các đơn vị xử lý đồ họa đặc biệt ( GPU ) để tạo ra những mô phỏng chi tiết này. Cùng một công nghệ cung cấp năng lượng cho trò chơi video và các chương trình AI như ChatGPT đã giúp các nhà khoa học mô hình hóa những gì xảy ra khi một sao neutron bị xé toạc bởi lực hấp dẫn của lỗ đen.
Những mô phỏng này tiết lộ rằng các sao neutron nứt như trứng dưới lực hấp dẫn cực mạnh, tạo ra các trận động đất sao phát ra sóng radio. Từ trường xung quanh sao neutron hoạt động như những sợi dây được lắc mạnh mẽ, tạo ra các tín hiệu mà các kính thiên văn trong tương lai có thể phát hiện được.
Các mô phỏng cũng cho thấy sự hình thành của những sóng xung kích khổng lồ - một số sóng mạnh nhất trong vũ trụ - có thể tạo ra các tín hiệu radio có thể phát hiện được ngay trước khi sao neutron biến mất.
Thông số kỹ thuật mô phỏng:
- Thời gian chạy: 4-5 giờ cho mỗi lần mô phỏng
- Siêu máy tính: Perlmutter ( Lawrence Berkeley National Laboratory )
- Công nghệ: Điện toán song song hỗ trợ GPU
- Các nỗ lực trước đó: Hơn 2 năm sử dụng siêu máy tính không có GPU (không thành công)
Khả Năng Phát Hiện Trong Tương Lai
Điều làm cho nghiên cứu này thú vị là tiềm năng giúp các nhà thiên văn học biết phải tìm kiếm gì. Các mô phỏng dự đoán các loại tín hiệu cụ thể mà kính thiên văn có thể phát hiện, bao gồm các vụ nổ radio nhanh và các tia chớp tia X.
Các máy dò sóng hấp dẫn hiện tại như LIGO có thể phát hiện những vụ va chạm này chỉ vài giây trước khi chúng xảy ra, và các nhà khoa học đang nỗ lực mở rộng thời gian này lên một phút đầy đủ. Hệ thống cảnh báo sớm này có thể cho các nhà thiên văn học nhiều thời gian hơn để hướng kính thiên văn của họ vào những sự kiện này và bắt được những màn trình diễn ánh sáng được dự đoán.
Cuộc tranh luận làm nổi bật cách hiểu biết của chúng ta về những sự kiện vũ trụ cực đoan này tiếp tục phát triển khi cả mô phỏng máy tính và kỹ thuật quan sát đều được cải thiện.
Tham khảo: Star Quakes and Monster Shock Waves