Pha tia X ẩn sau cú va chạm sao neutron: Lời giải từ kính thiên văn Einstein Probe

Vào ngày 4 tháng 7 năm 2025, một tín hiệu chớp lóe trong không gian sâu mang tên EP250704a đã lọt vào tầm mắt của các thiết bị quan sát thiên văn. Thông thường, một vụ nổ tia gamma ngắn sinh ra từ thảm họa va chạm giữa hai vật thể đặc như sao neutron chỉ diễn ra vỏn vẹn trong chưa đầy nửa giây rồi nhanh chóng chìm vào hư không. Tuy nhiên, dữ liệu thu được từ kính thiên văn Einstein Probe đã ghi nhận một hiện tượng bất thường: ngay sau cú lóe ban đầu, vùng không gian này tiếp tục phát ra các đợt bức xạ tia X mềm kéo dài tới gần 10 phút. Hiện tượng kỳ lạ này thách thức bức tranh truyền thống về đoạn kết của những vụ va chạm dữ dội nhất vũ trụ. [1]

Sự xuất hiện của pha tia X ẩn đã thôi thúc các nhà thiên văn học truy tìm cơ chế vật lý đứng đằng sau. Việc phát hiện ra chuỗi năng lượng kéo dài không chỉ giúp làm rõ cấu trúc tàn dư sau va chạm mà còn giải thích lý do vì sao nhiều thế hệ kính thiên văn trước đây đã bỏ lỡ giai đoạn quan trọng này. [1]

Cú lóe nửa giây và chiếc đuôi năng lượng 10 phút

Tín hiệu EP250704a, còn gọi là GRB 250704B, ban đầu hiển thị như một vụ nổ tia gamma ngắn vô cùng điển hình. Cú lóe cực mạnh kéo dài chưa tới nửa giây được các thiết bị như SVOM-GRM và Insight-HXMT bắt được ở dải tia gamma, trong khi ống kính trường rộng EP-WXT của Einstein Probe ghi nhận ở dải tia X. Khi An Li, nghiên cứu sinh tại Đại học Sư phạm Bắc Kinh kiêm nhà phân tích hiện tượng biến đổi của Einstein Probe, tiến hành kiểm tra ban đầu, cô nhận thấy tín hiệu không hề suy giảm và tan biến theo kịch bản quen thuộc. [1]

Thay vì tắt lịm, nguồn phát tiếp tục duy trì các đợt phát xạ bức xạ tia X mềm bền bỉ trong suốt khoảng mười phút tiếp theo. Lượng năng lượng giải phóng trong giai đoạn này là rất lớn, nhưng năng lượng của các photon lại nằm ở dải phổ rất mềm. Chính đặc điểm phổ bức xạ này đã biến pha phát sáng kéo dài thành một hiện tượng ẩn mình trước những hệ thống quan sát thông thường trong suốt nhiều thập kỷ qua. [1]

Lý do các thiết bị thế hệ trước bỏ lỡ pha tia X ẩn

Trước khi Einstein Probe đi vào hoạt động, hầu hết các kính thiên văn quan sát tia X có góc nhìn hẹp đều hoạt động dựa trên cơ chế cảnh báo từ xa. Khi một kính thiên văn tia gamma phát hiện vụ nổ, hệ thống mới xoay ống kính tia X về hướng mục tiêu để ghi nhận dư chấn. Tuy nhiên, các thiết bị tia gamma truyền thống như kính thiên văn BAT trên vệ tinh Swift lại sở hữu ngưỡng phát hiện cao hơn nhiều so với mức năng lượng của dải tia X mềm mà EP250704a phát ra. [1]

Giáo sư Bin-Bin Zhang từ Đại học Nam Kinh phân tích rằng, đối với một vụ nổ ở khoảng cách vũ trụ điển hình, dải bức xạ tia X mềm có phổ quá yếu để kích hoạt các đầu dò tia gamma thông thường. Do đó, các nhiệm vụ quan sát trước đây chỉ ghi nhận được khoảnh khắc lóe sáng ban đầu rồi kết luận vụ nổ đã kết thúc, hoàn toàn bỏ qua chuỗi hoạt động phong phú diễn ra ngay sau đó. Sự kết hợp giữa khả năng giám sát diện rộng và độ nhạy ở dải tia X mềm của Einstein Probe đã lấp đầy khoảng trống dữ liệu này. [1]

Động cơ trung tâm và giả thuyết sao từ magnetar

Để hiểu rõ nguồn gốc của năng lượng kéo dài, các nhà nghiên cứu đã phân tích kỹ lưỡng sự thay đổi độ sáng và phổ bức xạ theo thời gian. Nghiên cứu sinh Yi-Han Iris Yin từ Đại học Hồng Kông chỉ ra rằng sự biến thiên nhanh chóng của độ sáng cùng với sự tiến hóa của phổ tia X và quang học sau đó chứng minh năng lượng không đến từ sóng xung kích đang lan ra môi trường xung quanh, mà được tiếp sức trực tiếp từ một động cơ trung tâm còn sống sót sau cú va chạm. [1]

Giải thích hợp lý nhất cho động cơ trung tâm này là sự hình thành của một sao từ (magnetar) – một sao neutron quay cực nhanh và sở hữu từ trường vô cùng mạnh mẽ. Cú va chạm giữa hai sao neutron ban đầu không ngay lập tức sụp đổ thành lỗ đen mà hợp nhất thành một sao từ siêu khối lượng. Chính từ trường khổng lồ cùng động năng quay của magnetar đã liên tục bơm năng lượng vào vùng không gian xung quanh, duy trì dòng phát xạ tia X mềm suốt gần 10 phút sau vụ nổ ban đầu. [1]

Phối hợp đa bước sóng truy tìm nguồn gốc thảm họa

Ngay sau khi tín hiệu được phát hiện, một chiến dịch quan sát quốc tế phối hợp đa bước sóng từ tia X, ánh sáng nhìn thấy cho đến sóng vô tuyến đã nhanh chóng được triển khai. Giáo sư Eleonora Troja từ Đại học Rome "Tor Vergata" cho biết việc kết hợp dữ liệu từ nhiều dải phổ là yếu tố then chốt để xác định thiên hà chủ chứa vụ nổ và đo đạc chính xác khoảng cách dịch chuyển đỏ của sự kiện. [1]

Các phân tích phổ học đã giúp nhóm nghiên cứu loại trừ khả năng đây là một vụ nổ siêu tân tinh kèm theo, đồng thời củng cố bằng chứng chắc chắn rằng sự kiện này bắt nguồn từ sự hợp nhất của các vật thể đặc. Việc xác nhận bản chất hợp nhất giúp liên kết trực tiếp tín hiệu bức xạ tia X mềm này với các nguồn phát sóng hấp dẫn, tạo ra một mảnh ghép quan trọng cho ngành thiên văn học đa tín hiệu. [1]

Cửa sổ mới cho thiên văn học đa tín hiệu

Kể từ năm 2017, khi sóng hấp dẫn và bức xạ điện từ lần đầu tiên được ghi nhận đồng thời từ một vụ hợp nhất sao neutron, giới thiên văn vẫn luôn tìm kiếm các tín hiệu điện từ bổ sung để hiểu rõ những gì xảy ra trong và sau các vụ va chạm tột cùng này. Phát hiện về pha tia X mềm kéo dài cho thấy các hiện tượng bão hòa tia X nhanh cũng có thể là đối tác điện từ tiềm năng của các nguồn sóng hấp dẫn. [1]

Các nhà khoa học nhận định rằng những giai đoạn phát sáng tia X mềm kéo dài như ở sự kiện EP250704a có thể không phải là hiện tượng hiếm gặp, mà là một bản chất phổ biến bị bỏ sót do giới hạn công nghệ trước đây. Việc hé lộ pha ẩn này giúp mở rộng góc nhìn của con người vượt ra khỏi cú chớp gamma ngắn ngủi, hỗ trợ giới lý thuyết thắt chặt phương trình trạng thái của vật chất sao neutron và hiểu rõ hơn về những khoảnh khắc sau thảm họa vũ trụ. [1]