Những cái nhìn mới vào vật chất của sao neutron

Kết quả đã được công bố trên tạp chí Nature ¹.

Khắp vũ trụ, các ngôi sao neutron được sinh ra từ các vụ nổ siêu tân tinh đánh dấu điểm kết thúc vòng đời của các ngôi sao siêu nặng. Thi thoảng các ngôi sao neutron ở ranh giới của các hệ đôi và cuối cùng sẽ va chạm với nhau. Các hiện tượng vật lý thiên văn năng lượng cao có đặc điểm là xảy ra trong những điều kiện cực đoan có thể tạo ra phần lớn các nguyên tố nặng như vàng hay bạc. Do đó, các ngôi sao neutron và những cuộc va chạm của nó là những phòng thí nghiệm độc đáo để nghiên cứu về các đặc tính của vật chất ở những mật độ vượt xa cả mật độ nén bên trong các hạt nhân nguyên tử. Các thí nghiệm về va chạm ion nặng được thực hiện trên các máy gia tốc hạt là cách làm bổ sung vào việc tạo ra và chứng minh vật chất ở mật độ cao và dưới các điều kiện cực đoan.

Cái nhìn mới vào các tương tác cơ bản trong vật chất hạt nhân

“Kết hợp hiểu biết từ lý thuyết hạt nhân, thực nghiệm hạt nhân và các quan sát vật lý thiên văn là điều cốt yếu để rọi ánh sáng vào các đặc tính của vật chất giàu neutron trong toàn bộ phạm vi mật độ được chứng minh trong các ngôi sao neutron”, Sabrina Huth, Viện nghiên cứu vật lý hạt nhân tại trường đại học Kỹ thuật Darmstadt và là một trong số tác giả của công bố, nói. Peter T. H. Pang, một tac giả khác từ Viện nghiên cứu Vật lý sóng hấp dẫn và hạ nguyên tử, trường đại học Utrecht, bổ sung, “Chúng tôi đã thấy rằng, những ràng buộc từ các va chạm của ion vàng với các máy gia tốc hạt chứng tỏ sự nhất quán khác thường với những quan sát vật lý thiên văn ngay cả khi chúng ta dùng nhiều phương pháp khác nhau để tạo ra chúng”.

Những tiến trình gần gây trong lĩnh vực thiên văn đa tín hiệu cho phép các nhóm nghiên cứu quốc tế, bao gồm cả các nhà nghiên cứu từ Đức, Hà Lan, Mỹ, Thụy Điển có được những cái nhìn mới vào những tương tác cơ bản của vật chất hại nhân. Trong một nỗ lực liên ngành, các nhà nghiên cứu đã tính đến những thông tin thu được trong các va chạm ion nặng vào một khung kết hợp các quan sát vật lý thiên văn của các tín hiệu điện từ, các đo đạc sóng hấp dẫn và những tính toán vật lý thiên văn hiệu năng cao với những tính toán vật lý hạt nhân lý thuyết. Lần đầu tiên kết hợp tất cả những quy tắc chuyên ngành khác nhau, nghiên cứu mang tính hệ thống của họ đã chỉ ra mức áp suất cao hơn tại những mật độ trung gian trong sao neutron.

Dữ liệu của các va chạm ion nặng

Các tác giả tích hợp thông tin từ các thực nghiệm va chạm ion vàng tại GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung ở Darmstadt cũng như Phòng thí nghiệm quốc gia Brookhaven và Lawrence Berkeley tại Mỹ trong quá trình thí nghiệm nhiều bước của họ để phân tích các ràng buộc từ lý thuyết hạt nhân và các quan sát vật lý thiên văn, bao gồm những đo đạc khối lượng sao neutron thông qua những quan sát radio, thông tin từ nhiệm vụ Khám phá Cấu tạo bên trong sao neutron (NICER) trên Trạm vũ trụ quốc tế (ISS), và những quan sát thiên văn đa tín hiệu của các sáp nhập sao neutron đôi.

Các nhà lý thuyết hạt nhân Sabrina Huth và Achim Schwenk từ trường đại học Kỹ thuật Darmstadt và Ingo Tews từ Phòng thí nghiệm quốc gia Los Alamos đóng vai trò chủ đạo trong việc trích xuất thông tin chứa trong các va chạm ion nặng với vật chất sao neutron, vốn cần thiết để tích hợp với những ràng buộc của vật lý thiên văn.

Đưa dữ liệu của các va chạm ion nặng trong những phân tích đã cho phép tăng thêm những ràng buộc trong vùng mật độ nơi lý thuyết hạt nhân và các quan sát vật lý thiên văn ít chính xác hơn. Điều này giúp đem lại cách hiểu hoàn chỉnh hơn về mật độ vật chất. Trong tương lai, những ràng buộc được cải thiên từ các va chạm ion nặng có thể đóng vai trò quan trọng để bắc cầu cho lý thuyết hạt nhân và các quan sát vật lý thiên văn bằng việc cung cấp những thông tin được bổ sung. Đây là sự thật về những thực nghiệm chứng tỏ các mật độ cao hơn và giảm thiểu những bất định trong thực nghiệm có nhiều tiềm năng đem lại những ràng buộc mới cho các đặc tính của sao neutron. Thông tin mới về khía cạnh khác có thể dễ dàng đưa vào khung này để cải thiện hiểu biết về mật độ vật chất trong những năm đến.

Thanh Phương tổng hợp

Nguồn: https://phys.org/news/2022-06-insights-neutron-star.html

https://www.tu-darmstadt.de/universitaet/aktuelles_meldungen/einzelansicht_371328.en.jsp