Các nhà thiên văn học ở Nhật Bản đã sử dụng một siêu máy tính và một ngôi sao neutron giả thuyết để giải thích các vật thể nhấp nháy, bí ẩn được gọi là các xung tia X siêu sáng.
Kết quả mô phỏng siêu máy tính cho thấy một mô hình ngọn hải đăng mới cho các ULX (nguồn tia X siêu sáng). Màu đỏ biểu thị bức xạ mạnh hơn. Mũi tên chỉ ra hướng của dòng photon. Hình ảnh qua NAOJ.
Pulsar là những vật thể trong không gian chớp mắt tại các khoảng rất chính xác. Mô hình được chấp nhận rộng rãi để giải thích chúng là mô hình ngọn hải đăng, liên quan đến một ngôi sao neutron quay rất dày đặc phát ra chùm tia bức xạ tập trung cao độ. Chúng ta chỉ có thể nhìn thấy chùm tia khi nó hướng về Trái đất, giống như chúng ta thấy tia sáng của một ngọn hải đăng khi nó hướng về phía chúng ta. Có nhiều loại pulsar, với nhiều biểu hiện vật lý đặc biệt, và vào ngày 8 tháng 9 năm 2016, một nhóm nghiên cứu do Tomohisa Kawashima tại Đài quan sát thiên văn quốc gia Nhật Bản tuyên bố sử dụng siêu máy tính để thêm một khả năng vào danh sách. Các nhà khoa học này cho biết, nguồn năng lượng trung tâm của các nguồn tia X siêu sáng bí ẩn - được gọi là ULX - có thể là sao neutron, không phải lỗ đen như suy nghĩ trước đây.
Giấy của họ được xuất bản trong Ấn phẩm của Hiệp hội Thiên văn học Nhật Bản.
Các nhà thiên văn học lần đầu tiên chú ý đến các ULX vào những năm 1980. Trong những năm qua, các nhà thiên văn học đã tìm thấy khoảng một ULX trên một thiên hà ở một số thiên hà, nhưng các thiên hà khác chứa rất nhiều và một số (như Dải Ngân hà của chúng ta, cho đến nay) không có gì cả. Nếu bạn cho rằng các ULX tỏa ra đều nhau theo mọi hướng, chúng sẽ phát sáng ổn định hơn bất kỳ quá trình sao nào đã biết, nhưng thực tế không ai cho rằng điều đó. Thay vào đó, mô hình phổ biến để giải thích chúng là mô hình lỗ đen. Nó mô hình cổ điển liên quan đến một vật thể có lực hấp dẫn mạnh (lỗ đen) kéo khí từ một ngôi sao đồng hành. Khi khí rơi xuống lỗ đen, nó va chạm với khí khác, nóng lên và tạo ra một loại khí phát sáng mà các nhà thiên văn học thực sự quan sát thấy khi họ nhìn thấy một ULX.
Sau đó, vào năm 2014, kính viễn vọng không gian tia X NuSTAR đã ném một chiếc mỏ lết vào sự chấp nhận rộng rãi của mô hình lỗ đen khi phát hiện bất ngờ phát thải xung định kỳ trong một ULX có tên M82 X-2. Việc phát hiện ra pulsar ULX này đã khiến các nhà vật lý thiên văn gãi đầu vì các lỗ đen không nên có thể tạo ra các xung phát xạ.
Đội Kawashima Viking không sử dụng lỗ đen trong mô hình của mình. Thay vào đó, các mô phỏng máy tính của nhóm Team cho thấy một ngôi sao neutron có thể cung cấp độ sáng xung cần thiết trong một số điều kiện nhất định. Giải thích liên quan đến một số vật lý gai góc, mà bạn có thể đọc trong tuyên bố của họ, nhưng họ cũng cung cấp hai video dưới đây để giúp giải thích.
Video đầu tiên cho thấy một ấn tượng nghệ sĩ của mô hình tiêu chuẩn của một pulsar. Các chùm photon được phát ra từ các cực từ của một ngôi sao neutron. Các chùm photon này quay tròn vì sự sai lệch giữa các cực từ và trục quay. Kết quả là, các chùm tia hướng về phía một người quan sát đều đặn và phát xạ xung được quan sát đến từ ngôi sao neutron.
Video thứ hai cho thấy mô hình được đề xuất bởi Kawashima và các đồng nghiệp mô phỏng, mà họ gọi là mô hình ngọn hải đăng vũ trụ mới cho các ULX. Họ nói rằng:
Khi các khí (màu đỏ) rơi vào một ngôi sao neutron, các cột bồi tụ được làm nóng bởi sóng xung kích và tỏa sáng rực rỡ. Photon có thể thoát ra khỏi các cột qua bên hông và không ngăn được khí bổ sung. Do đó, các cột này tiếp tục phát ra một số lượng lớn hình ảnh. Trong mô hình này, do sự canh lệch giữa các cột bồi tụ và trục quay, sự xuất hiện của các cột bồi tụ thay đổi theo định kỳ với sự quay của sao neutron. Phát xạ xung chói có thể được quan sát khi diện tích rõ ràng của các cột đạt tối đa.
Để biết thêm về vật lý của mô hình này, hãy chắc chắn đọc tuyên bố của các nhà khoa học tại Trung tâm Vật lý thiên văn tính toán (CfCA).
Nhóm nghiên cứu này cho biết họ hiện đang lên kế hoạch phát triển công việc của mình hơn nữa bằng cách sử dụng mô hình ngọn hải đăng mới này để nghiên cứu các tính năng quan sát chi tiết của ULX-pulsar M82 X-2, và để khám phá các ứng cử viên xung ULX khác.
Điểm mấu chốt: Các nhà thiên văn học ở Nhật Bản đã sử dụng siêu máy tính để cung cấp một mô hình thay thế - liên quan đến một ngôi sao neutron, chứ không phải lỗ đen - để giải thích các nguồn tia X siêu sáng (ULXs) bí ẩn.