Kính thiên văn NuSTAR giúp giải mã vụ nổ siêu tân tinh

Kính thiên văn đo quang phổ hạt nhân NuSTAR của NASA hiện đang giúp các nhà khoa học giải mã bí ẩn về cách các ngôi sao trở thành siêu tân tinh bằng việc bản đồ hóa phần vật liệu bức xạ còn sót lại sau vụ nổ siêu tân tinh. Các phát hiện của NuSTAR đã dấy lên mối nghi ngờ về những học thuyết trước đây về các điều kiện cần có trước khi một ngôi sao phát nổ để trở thành siêu tân tinh.

Được phóng vào ngày 13/6/2012, NuSTAR là kính thiên văn vũ trụ đầu tiên có khả năng ảnh hóa các nguyên tố phóng xạ còn lại sau một vụ nổ siêu tân tinh. Để thực hiện, NuSTAR tập trung khả năng tìm kiếm vào khu vực tia X năng lượng cao (mức năng lượng từ 6 đến 79 KeV) của quang phổ điện tử. Các kính thiên văn trước đây không đủ khả năng quan sát ánh sáng trong khoảng quang phổ này.

NuSTAR thu thập dữ liệu mới bằng việc quan sát phần còn lại của một siêu tân tinh có tên Cassiopeia A - một ngôi sao trước khi trở thành siêu tân tinh có kích thước lớn gấp 8 lần Mặt Trời của chúng ta. Khi bản đồ hóa Cas A, kính thiên văn trên NuSTAR đã tìm kiếm Titanium-44. Đây là đồng vị phóng xạ chỉ xuất hiện trong các giai đoạn cuối cùng của một ngôi sao chết. Do đó, Titanium-44 là nguyên tố hoàn hảo để phát hiện và bản đồ hóa một vụ nổ siêu tân tinh.

Nhà nghiên cứu Brian Grefenstette đến từ đại học công nghệ California (Caltech) cho biết: "Trước đây, rất khó để làm sáng tỏ những gì đã xảy ra với Cas A bởi vật chất mà chúng tôi có thể nhìn thấy chỉ xuất hiện trong tia X khi nó được làm nóng. Giờ đây, chúng tôi có thể quan sát các vật chất phóng xạ xuất hiện trong tia X không mấy khó khăn và chúng tôi đang tiến đến phát thảo hoàn chỉnh một bức tranh về những gì xảy ra tại tâm vụ nổ".

NuSTAR đã tìm thấy đồng vị Titanium-44 tập trung xung quanh tâm của Cas A. Điều này giúp các nhà khoa học tại NASA đưa ra một lời giải thích thuyết phục hơn về cái chết của một ngôi sao khổng lồ như Cas A. Có vẻ như, nguyên nhân khiến ngôi sao phát nổ là một đợt sóng xung kích cực lớn, xé ngôi sao ra làm nhiều mảnh. Tuy nhiên, đôi khi sóng xung kích không đạt độ lớn cực đại và dừng hẳn lại, ngăn ngôi sao giải phóng các lớp vật chất bên ngoài khiến vụ nổ siêu tân tinh không thể xảy ra.

Thông tin thu thập từ hoạt động quan sát của NuSTAR về Cas A gợi ý rằng một vụ nổ siêu tân tinh tỏa vật chất ra xung quanh giống như mặt nước bị rung động khi ném vào đó một hòn đá, đồng thời gây ra hiệu ứng kick-start - gây kích thích lên sóng xung kích đang đứng yên khiến ngôi sao tiếp tục trở thành siêu tân tinh.

Phát hiện mới của NuSTAR cũng bác bỏ các thuyết đối xứng đưa ra trước đây liên quan đến các quy trình cần thiết để hình thành một siêu tân tinh. Kết quả xử lý dữ liệu từ các siêu máy tính gợi ý rằng một vụ nổ siêu tân tinh luôn có tính chất đối xứng ở mọi hướng.

Ngoài ra, khả năng phát hiện các nguyên tố như Titanium-44 cũng dấy lên mối nghi ngờ về những mô hình nghiên cứu về các vụ nổ siêu tân tinh từng được thực hiện. Một trong những mô hình này cho rằng một ngôi sao đang chết sẽ tự quay ở tốc độ rất lớn trước khi phát nổ. Tuy nhiên, khi tìm kiếm bằng chứng từ các luồng hạt được giải phóng khi ngôi sao tự quay ở vận tốc cao, NuSTAR không phát hiện ra dấu hiệu của Titanium-44. Điều này có nghĩa luồng phản lực hạt giải phóng từ ngôi sao không bị kích hoạt bởi vụ nổ siêu tân tinh.

Hiện tại, nhóm nghiên cứu đang tiếp tục khảo sát Cas A nhằm có được những hiểu biết rõ hơn về các kịch bản kết thúc của những ngôi sao khổng lồ này. Một báo cáo về phát hiện trên đã vừa được xuất bản trên tạp chí Nature.