Mô phỏng cho thấy điều xảy ra khi hố đen nuốt chửng sao neutron

Nghiên cứu do nhà vật lý thiên văn Elias Most tại Caltech dẫn đầu đã sử dụng các mô phỏng hiện đại để khám phá điều gì xảy ra khi một hố đen nuốt chửng một sao neutron. Công trình này, được công bố trên The Astrophysical Journal Letters, đã dùng siêu máy tính tiên tiến để làm sáng tỏ chuỗi sự kiện dẫn đến hiện tượng vũ trụ cực đoan này. Một trong những phát hiện chính là cách mà sao neutron bị ảnh hưởng ngay trước khi bị hố đen hấp thụ. Các mô phỏng cho thấy trên bề mặt ngôi sao xuất hiện những cơn “địa chấn” giống như động đất trên Trái Đất, xảy ra do lực hấp dẫn cực mạnh từ hố đen.

Các mô phỏng chi tiết, được thực hiện trên siêu máy tính Perlmutter tại Phòng thí nghiệm Quốc gia Lawrence Berkeley, cho thấy lớp vỏ của sao neutron nứt gãy dưới lực kéo khổng lồ của hố đen. Elias Most mô tả các vết nứt này như những khe nứt mở ra, cuối cùng kích hoạt các gợn sóng từ tính được gọi là sóng Alfvén. Những sóng này lan khắp ngôi sao, có thể tạo ra các đợt sóng vô tuyến nhanh (fast radio bursts) mà con người có thể phát hiện dưới dạng các tia chớp sóng vô tuyến chỉ kéo dài vài mili giây.

Ảnh: Yoonsoo Kim/Caltech

Ngoài ra, các mô phỏng còn cung cấp hiểu biết mới về sự hình thành sóng xung kích và khả năng chúng giải phóng các dạng năng lượng khác nhau như sóng vô tuyến, tia X và tia gamma. Điều này xảy ra khi hố đen bắt đầu tiêu hóa sao neutron, tạo ra một vụ bùng nổ năng lượng trước khi hố đen ổn định trở lại trong trạng thái tĩnh lặng. Những sóng xung kích này được xem là hiện tượng động lực học mạnh mẽ nhất trong vũ trụ, cung cấp hiểu biết quan trọng về bản chất của những sự kiện vũ trụ cực đoan.

Một chuỗi ba hình ảnh mô phỏng cho thấy một hố đen hợp nhất và nuốt chửng một sao neutron. Ảnh: Elias Most/Caltech

Hơn nữa, các mô phỏng đã đề xuất một lý thuyết về pulsar hố đen — một vật thể hiếm và kỳ lạ khi hố đen bắt chước đặc điểm của một pulsar (sao xung) – tức ngôi sao quay nhanh phát ra các chùm tia vũ trụ. Mô hình lý thuyết này từng được đưa ra nhưng nay, với mô phỏng chi tiết, các nhà khoa học đã có cái nhìn thực tế về cách hình thành và hoạt động của vật thể này. Gió từ tính xung quanh tàn tích của sao neutron tạo lại các chùm tia đặc trưng kiểu “hải đăng” của pulsar, mở rộng thêm hiểu biết về sự tương tác vũ trụ này.

Các đường màu vàng thể hiện dòng chảy có từ tính xoáy quanh hố đen trong hình mô phỏng này. Ảnh: Yoonsoo Kim/Caltech

Tính toàn diện của các mô phỏng này đã được so sánh với các quan sát thực tế, đặc biệt là từ mạng lưới hợp tác LIGO-Virgo-KAGRA, nổi tiếng trong việc phát hiện sóng hấp dẫn. Dữ liệu tổng hợp từ các nguồn này giúp làm sâu sắc thêm hiểu biết về va chạm giữa sao neutron và hố đen. Elias Most nhấn mạnh độ phức tạp của việc mô phỏng các sự kiện này, vì nó không chỉ yêu cầu các phương trình từ thuyết tương đối rộng mà còn liên quan đến vật lý hạt nhân và động lực học plasma. Nghiên cứu này đóng vai trò quan trọng trong việc tiến gần hơn đến việc hiểu được những tương tác có năng lượng cao nhất trong vũ trụ.

Nguồn: Gizmodo, Caltech