How the Universe Works

Các sao Neutron

Siêu nặng, siêu dày đặc.

Cực độ

Trọng lực, từ tính, và nóng.

Đáng sợ

Chúng phá hủy các hành tinh.

Chúng thậm chí có thể phá hủy các ngôi sao.

Một cấu đố của vũ trụ.

Chúng rất, rất đồ sộ,

nhưng chúng cũng thực sự, rất nhỏ.

Các siêu năng lực nhỏ bé của vũ trụ

bị lu mờ bởi các hố đen, cho đến tận bây giờ.

Các sao neutron đã được đẩy lên hàng đầu

trong vật lý thiên văn hiện đại.

Các nhà thiên văn học trên thế giới biết rằng một cái gì đó đang xảy ra.

Một cái gì đó mới, và rất khác.

Sao neutron là vật thể thiên văn

thú vị nhất trong vũ trụ.

Sao neutron,

tạo ra các nguyên tố quý giá nhất

và chính sự sống của chúng ta.

130 triệu năm ánh sáng từ trái đất,

một thiên hà có tên NGC-4993.

Hai ngôi sao chết bị mắc kẹt trong một vòng xoắn ốc giảm dần nhanh chóng.

Nó giống như lắng nghe tiếng chuông của vũ trụ.

Âm thanh của sự va chạm đó,

in sâu vào kết cấu của không gian và thời gian.

Livingston, Louisiana, đài thiên văn LiGO tiên tiến.

Nhiệm vụ của nó, để phát hiện sóng hấp dẫn

được tạo ra trong không gian.

Sóng hấp dẫn là một biến dạng của không-thời gian

được gây ra bởi, thông thường,

một loại sự kiện chấn động.

Các sự kiện như siêu tân tinh,

hoặc sự va chạm của các hố đen hoặc các ngôi sao lớn.

Năm 2015, LiGO làm nên lịch sử bằng cách phát hiện sóng hấp dẫn

lần đầu tiên,

100 năm sau dự đoán của Einstein.

Đó là dấu hiệu của sự va chạm của hố đen.

Nó gần giống như nghe âm thanh

của một vụ tai nạn xe hơi ở xa mà bạn không chứng kiến.

Nhưng bạn rất thông minh,

và âm thanh của vụ tai nạn xe hơi này là một dấu hiệu độc đáo đến mức

bạn có thể sử dụng máy tính của mình

để mô hình chính xác loại xe phải va chạm với nhau.

Trong năm 2017, LiGO chọn ra một loại tín hiệu khác.

Việc tiết lộ sự kiện tháng 8 năm 2017

không có gì bất thường.

Vì vậy, tín hiệu đi đến, và gây ngạc nhiên

Nó là một tín hiệu dài.

Hơn 100 giây.

Chưa đầy hai giây sau, một kính viễn vọng tia gamma

đã phát hiện ra một chớp tia gamma

từ cùng một phần của bầu trời.

Và rất nhanh chóng, các nhà thiên văn học trên thế giới

biết rằng có điều gì đó đang xảy ra.

Một cái gì đó mới, và rất khác.

Sự kết hợp giữa tín hiệu sóng hấp dẫn dài

và tia gamma rực rỡ...

như một sự soi sáng cho các nhà thiên văn học.

Khi họ thấy sự kiện này,

họ đã gửi một cảnh báo trên toàn thế giới

tới các nhà thiên văn học trên toàn cầu, nói rằng,

"này, chúng ta đã thấy một điều thú vị,

và nó đến từ một mảng trời đặc biệt."

Sau đó, tất cả các cuộc trò chuyện bắt đầu

giữa cộng đồng thiên văn

và mọi người bắt đầu hướng kính viễn vọng của họ

vào một phần của bầu trời.

Chỉ trong vài giờ, hàng ngàn nhà thiên văn học

và vật lý học trên toàn cầu

đã thu thập dữ liệu về sự kiện bí ẩn này.

Không chỉ có sóng hấp dẫn,

không chỉ có tia gamma.

Có ánh sáng khả kiến, có ánh sáng hồng ngoại,

có ánh sáng cực tím.

Và tất cả những tín hiệu này cùng nhau kể cho chúng ta một câu chuyện.

Và đây là lần đầu tiên

chúng tôi thấy hai thông điệp này cùng một lúc

Sóng hấp dẫn và ánh sáng.

Vì vậy, đó là một khoảnh khắc đột phá cho thiên văn học.

Các nhà khoa học nhận ra

đây không phải là một vụ va chạm hố đen khác.

Đây là một cái gì đó rất khác.

Khi bạn nhìn thấy một vụ nổ trong vũ trụ,

không có nhiều ứng cử viên.

Không có nhiều thứ trong vũ trụ nổ tung.

Nhưng độ dài của tín hiệu cho thấy điều gì đó.

Sự va chạm của hai hố đen là nhanh chóng.

Còn đây là sự kết thúc dài hơn, chậm hơn, xoắn ốc về phía nhau

của hai sao neutron.

Xoắn ốc vào nhau, càng lúc càng gần và tăng tốc.

Và sau đó, khi cuối cùng chúng va chạm,

khi cuối cùng chúng chạm vào nhau,

giải phóng một lượng năng lượng cực lớn vào môi trường xung quanh.

Vụ va chạm ném ra những đám mây vật chất khổng lồ,

có thể làm chậm ánh sáng ở mức độ không đáng kể.

Ánh sáng và sóng hấp dẫn

truyền đi trong 130 triệu năm,

đến trái đất gần như đồng thời.

Đây là lần đầu tiên các nhà thiên văn nhìn thấy các sao neutron va chạm.

Họ gọi nó là vụ nổ "kilonova"

Và sự kiện vũ trụ ngoạn mục này

không chỉ giải phóng năng lượng.

Hậu quả của vụ va chạm sao neutron này,

vụ nổ kilonova này, đã tạo ra một lượng lớn mảnh vụn,

nổ tung vào không gian.

Và điều này cuối cùng có thể đã cung cấp cho chúng ta

bằng chứng về nơi mà một số nguyên tố nặng rất đặc biệt

được tạo ra.

Thông qua sự phá hủy của một sao neutron,

khởi đầu cho các thành phần thiết yếu của sự sống.

Chúng ta không thể thở nếu thiếu oxy.

Nước là hydro và oxy.

Hầu hết cơ thể chúng ta được tạo thành từ các hợp chất carbon

bao gồm nitơ, phốt pho.

Một trong những câu hỏi lớn trong khoa học

về lịch sử nhân loại là,

"nguồn gốc của những nguyên tố này là gì?"

Và hóa ra các sao neutron đóng vai trò quan trọng

trong việc tạo ra nhiều nguyên tố nặng.

Hầu hết các nguyên tố trên trái đất được tạo ra trong các ngôi sao.

Nhưng làm thế nào các nguyên tố nặng nhất được tạo ra

là một trong những bí ẩn lâu dài nhất của khoa học.

Trong một thời gian dài, chúng tôi biết rằng có một vấn đề

với việc làm cho các nguyên tử nặng hơn này...

Những thứ như vàng và bạch kim, tất cả đều hướng về uranium.

Và thực sự, thứ mãnh liệt nhất mà chúng ta có trong vũ trụ

là vụ nổ siêu tân tinh.

Vì vậy, chúng phải được tạo ra bằng cách nào đó trong các siêu tân tinh.

Nhưng khi các nhà khoa học chạy mô phỏng máy tính,

các siêu tân tinh ảo đã thất bại trong việc "giả mạo" các nguyên tử "quá khổ" này.

Năm 2016, nhà thiên văn học Edo Berger đã giải thích

một giải pháp tiềm năng cho bí ẩn này.

Nếu bạn mở bất kỳ một trong những cuốn sách này

và lật sang trang cho bạn biết vàng đến từ đâu,

nó sẽ cho bạn biết rằng vàng đến từ vụ nổ siêu tân tinh.

Nhưng rõ ràng rằng các sách giáo khoa đã lỗi thời.

Để hình thành các nguyên tố nặng cần rất nhiều neutron,

và vì vậy, một lý thuyết khả thi khác

là các nguyên tố nặng nhất được tạo ra

trong sự hợp nhất của hai ngôi sao neutron trong một hệ nhị phân.

Nhưng vào thời điểm đó, không ai thực sự thấy

một vụ va chạm sao neutron.

Thật khó để thuyết phục cộng đồng rằng

đây là một kênh tiềm năng

để sản xuất các nguyên tố nặng.

Bằng chứng là thực sự thấy quá trình này

xảy ra trong vũ trụ.

Kilonova 2017

cung cấp cơ hội hoàn hảo.

Nó tạo ra hàng ngàn giờ dữ liệu.

Các nhà khoa học nhận thấy một mô hình...

Thay đổi tinh tế trong màu sắc của tàn dư kilonova.

Trong không gian, khi bạn có một sự kiện rất sáng,

nó sẽ phát ra một lượng ánh sáng nhất định

và nó phát ra ở những bước sóng nhất định

Những gì chúng ta nghĩ về màu sắc.

Màu sắc khác nhau trong trình diễn pháo hoa

cho thấy việc sử dụng các hóa chất khác nhau trong pháo hoa.

Theo cách tương tự, các nhà khoa học có thể khám phá ra các nguyên tố trong kilonova

bằng màu sắc trong vụ nổ.

Khi kilonova chuyển sang màu đỏ, họ nhận ra đó là kết quả

của các nguyên tố nặng mới được tạo ra

bắt đầu hấp thụ ánh sáng xanh.

Khi chúng tôi theo dõi sự thay đổi còn sót lại này...

Sự bùng nổ thay đổi màu sắc, mở rộng và "mát mẻ"

Chúng tôi có thể ước tính loại nguyên tố nào đã được tạo.

Ánh sáng từ các mảnh vụn chuyển từ

màu xanh lam và màu tím sang màu đỏ và hồng ngoại.

Sự thay đổi màu sắc cung cấp manh mối

về sự hiện diện của một số kim loại nặng.

Chà, vụ va chạm sao neutron này, vụ nổ kilonova này,

tạo ra độ sáng và phổ màu phù hợp

với các mô hình dự đoán

tạo ra vàng và bạch kim.

Mô hình này được gọi là "The R-process,"

viết tắt cho "rapid neutron capture."

Đó là một thuật ngữ phức tạp

mô tả cách chúng ta tạo các nguyên tử nặng hơn sắt.

Bạn cần một môi trường thực sự giàu neutron.

Và như bạn có thể tưởng tượng, một vụ va chạm sao neutron

là một môi trường rất giàu neutron.

Nếu những mô hình này là chính xác...

Và điều này sẽ thổi tung tâm trí tôi...

Vụ va chạm này, vụ nổ kilonova,

tạo ra khối lượng vàng

gấp vài chục lần Trái đất

Kilonova 2017 không chỉ tiết lộ

nguồn gốc của các nguyên tố chính,

nó làm sáng tỏ bên trong của sao neutron.

Vật chất mạnh nhất trong vũ trụ

tạo ra từ trường

lớn gấp hàng nghìn tỷ lần so với trái đất.

Hai sao neutron bị bắt trong vòng xoáy xoắn ốc tử thần.

Vụ nổ kilonova khổng lồ này không chỉ làm sáng tỏ

việc tạo ra các nguyên tố nặng,

như vàng và bạch kim,

nó còn cung cấp cho các nhà khoa học cái nhìn sâu sắc độc đáo

về một trong những vật thể bí ẩn nhất trong vũ trụ.