Phát hiện hệ sao khổng lồ hoạt động như máy gia tốc hạt vũ trụ

Các nhà nghiên cứu phát hiện hai sao khổng lồ xanh phát ra luồng gió sao giúp những hạt hạ nguyên tử tăng tốc và tạo ra bức xạ tia gamma cực mạnh.

Mô phỏng hoạt động của hệ sao Eta Carinae. (Video: HESS).

Với kính viễn vọng chuyên dụng ở Namibia, nhóm nghiên cứu đứng đầu là Trung tâm nghiên cứu Electron Synchrotron (DESY) của Đức chứng minh một hệ sao nhị phân là nguồn phát ra bức xạ gamma năng lượng cao trong vũ trụ. Hệ sao Eta Carinae ở cách Trái Đất 7.500 năm ánh sáng trong chòm Carina sản sinh tia gamma mang năng lượng lên tới 400 gigaelectronvolt (GeV), gấp 100 tỷ lần năng lượng của ánh sáng khả kiến. Các nhà nghiên cứu Stefan Ohm, Eva Leser và Matthias Fubling ở DESY công bố phát hiện trên tạp chí Astronomy and Astrophysics.

Eta Carinae là hệ sao nhị phân bao gồm hai sao khổng lồ xanh, có khối lượng lần lượt gấp 100 và 30 lần Mặt Trời. Hai ngôi sao xoay quanh nhau theo chu kỳ 5,5 năm trong quỹ đạo hình elip. Khoảng cách của chúng liên tục thay đổi, có thể gần như từ Mặt Trời tới sao Hỏa hoặc xa như quãng đường giữa Mặt Trời và sao Thiên Vương.

Cả hai ngôi sao đều bắn ra những cơn gió sao đặc chứa các hạt tích điện vào không gian ở tốc độ siêu thanh. Trong quá trình đó, cứ 5.000 năm, ngôi sao lớn hơn lại mất đi khối lượng tương đương Mặt Trời. Ngôi sao nhỏ hơn sản sinh gió sao tốc độ 11 triệu kilomet mỗi giờ. Một vùng mũi sốc (shock front) hình thành ở nơi hai luồng gió sao va chạm, làm nóng vật chất trong cơn gió tới nhiệt độ cực hạn. Khi đạt mức 50 triệu độ C, vật chất phát xạ sáng rực trong dải tia X. Tuy nhiên, các hạt ở gió sao chưa đủ nóng để tỏa ra bức xạ gamma.

Vị trí chòm sao Eta Carinae.

Theo Ohm, giám đốc đài quan sát tia X High Energy Stereoscopic System (HESS) ở DESY, vùng sốc thường là nơi những hạt hạ nguyên tử tăng tốc nhờ trường điện từ cực mạnh. Khi các hạt tăng tốc đủ nhanh, chúng có thể phát ra bức xạ gamma. Trên thực tế, vệ tinh Fermi của NASA và AGILE của Cơ quan Vũ trụ Italy (ASI), từng phát hiện tia gamma có năng lượng lên tới 10 GeV từ Eta Carinae vào năm 2009.

Dữ liệu vệ tinh chỉ ra Eta Carinae có thể tạo bức xạ gamma mạnh hơn 100 GeV. HESS từng phát hiện thành công bức xạ gamma 400 GeV khi hai sao khổng lồ xanh đến gần nhau vào năm 2014 và 2015. Điều này biến hệ sao nhị phân thành ví dụ đầu tiên về nguồn sản sinh bức xạ gamma năng lượng cao từ va chạm giữa những cơn gió sao.

"Vùng mũi sốc của hai luồng gió sao va chạm giống như cỗ máy gia tốc hạt tự nhiên dành cho tia vũ trụ", nhóm nghiên cứu nhận xét. Với đài quan sát tia gamma thế hệ mới Cherenkov Telescope Array (CTA) đang được xây dựng ở vùng cao nguyên Chile, các nhà khoa học hy vọng có thể tìm hiểu sự kiện chi tiết hơn và khám phá nhiều nguồn phát tia gamma hơn.

• Vì sao đi ô tô gây buồn ngủ?
• Thiên hà xoắn ốc rộng 80.000 năm ánh sáng
• Đập Tam Hiệp - Kiệt tác hay thảm họa lơ lửng trên đầu?