Khoa học tự nhiên

Các nhà thiên văn học giải quyết bí ẩn nguồn gốc của tia Gamma (12/06/2014)

Những phát hiện mới cho thấy bức xạ tia gamma bắt nguồn từ khu vực trong cùng của tia sóng vô tuyến (màu trắng). Đối với thiên hà hoạt động có tên là 3C 454.3, các tác giả ước tính chỉ cách hố đen siêu lớn khoảng vài năm ánh sáng. Thiên hà này nằm theo hướng Chòm sao Phi mã và các tín hiệu của nó chạm tới Trái đất sau thời gian di chuyển khoảng 7 tỷ năm ánh sáng.

Ảnh minh họa khu vực hạt nhân của một thiên hà hoạt động: một đĩa vật chất bồi tụ (màu nâu/vàng) di chuyển theo các đường xoắn ốc vào trong hố đen trung tâm siêu lớn (màu đen). Một tia sóng vô tuyến chuẩn trực, mạnh (màu xanh) được phóng vuông góc với đĩa. Bên trong các tia gamma, các photon cũng được tạo ra.

Một nhóm các nhà thiên văn học quốc tế lần đầu tiên xác nhận mối liên hệ giữa các vụ nổ tia gamma và các bản sao của chúng ở một số tần số vô tuyến, giải quyết những bí ẩn về nguồn gốc của các vụ nổ.

Blazar là một trong những đối tượng lớn nhất và mạnh nhất trong vũ trụ. Các tia vật chất (tia) bắn ra từ lõi của các thiên hà hoạt động, kèm theo các vụ nổ rất lớn tia gamma. Một nhóm nghiên cứu quốc tế do Lars Fuhrmann từ Viện Nghiên cứu Đài thiên văn Max Planck ở Bonn dẫn dắt lần đầu tiên xác nhận mối quan hệ giữa các vụ nổ tia gamma và các bản sao của chúng ở một số tần số vô tuyến. Ngoài ra, các nhà nghiên cứu còn giải quyết được những bí ẩn về nguồn gốc của các vụ nổ: Những vụ nổ xuất phát từ các vùng lân cận của các hố đen siêu lớn ở trung tâm của các blazar.

Các dạng đặc biệt của các thiên hà hoạt động xa xôi và các khu vực trung tâm trong cùng của chúng cho thấy các quy trình vật lý khắc nghiệt. Trong vùng lân cận của một hố đen siêu lớn đang quay (nặng gấp hàng tỉ lần Mặt trời của chúng ta) một lượng năng lượng rất lớn được phát ra, thường dưới dạng ánh sáng mạnh nhất là các photon tia gamma năng lượng cao với mức năng lượng mega hoặc thậm chí gigaelectronvolt (MeV/GeV). Lượng năng lượng này được tạo ra khi hố đen hút các ngôi sao, khí và bụi xung quanh. Vật chất di chuyển theo đường xoắn ốc vào trong hố đen và từ trường mạnh chuyển một số khí bị hút vào trong hố đen thành hai tia plasma chuẩn trực mạnh tăng tốc ra khỏi trung tâm với vận tốc gần bằng vận tốc ánh sáng. Cho đến nay, rất nhiều quá trình vật chất liên quan chưa được hiểu một cách chi tiết, ví dụ như việc sản xuất ra các photon tia gamma năng lượng cao và vị trí xuất phát của chúng bên trong tia này, hay nguồn gốc của các vụ nổ bức xạ điện tử mạnh trên toàn bộ dải quang phổ điện từ. Các công cụ mới và các chương trình quan sát bao quát một phần lớn dải phổ năng lượng gần như cùng một lúc đưa đến sự hiểu biết mới về các điều kiện vật lý khắc nghiệt của những đối tượng này.

Kết hợp các kết quả từ ba đài quan sát vô tuyến đĩa đơn tiên tiến nhất thế giới, cụ thể là Kính thiên văn Effelsberg 100 m, IRAM 30-m và APEX 12 m bao quát gần như cùng một lúc 11 dải tần số vô tuyến, nhóm nghiên cứu có thể giám sát các vụ nổ sóng vô tuyến của khoảng 60 thiên hà hoạt động mạnh thường xuyên xảy ra trong nhiều năm qua.

Ngoài dữ liệu sóng vô tuyến của chương trình F-GAMMA, nhóm nghiên cứu sử dụng các quan sát tia gamma của Kính thiên văn vũ trụ tia gamma Fermi của NASA, và một phương pháp thống kê mới để bổ sung thêm nhiều sự kiện sóng vô tuyến và tia gamma. Nghiên cứu cũng cho thấy thời gian các vụ nổ sóng vô tuyến chạm tới các kính viễn vọng muộn hơn so với các bản sao tia gamma của chúng, với độ trễ trung bình từ 6 đến 7 ngày. “Lần đầu tiên chúng tôi thấy độ trễ của sóng vô tuyến nhỏ hơn đối với các tần số vô tuyến cao hơn”, Emmanouil Angelakis từ MPIfR cho biết thêm. “Điều này cho thấy các photon tia gamma có nguồn gốc từ các khu vực tia trong cùng phát ra sóng vô tuyến”.

Bằng cách sử dụng độ trễ thời gian đo được, nhóm nghiên cứu có thể ước lượng khoảng cách giữa các khu vực có vụ nổ tia gamma và sóng vô tuyến chỉ tối đa vài chục năm ánh sáng. “Dựa trên các phép đo độ trễ, chúng tôi có thể ước tính khoảng cách giữa một trong những thiên hà hoạt động phát ra các tia gamma sáng nhất trên bầu trời, thiên hà 3C 454.3, và các hố đen siêu lớn mà hầu hết các photon tia gamma được tạo ra. Chúng tôi chỉ nói về các khoảng cách vài năm ánh sáng - rất gần với dấu vết của tia vật chất và hố đen” Lars Fuhrmann từ MPIfR, tác giả chính của bài báo, cho biết. “Điều này có tác động mạnh đến các quy trình vật lý sản xuất photon tia gamma” Ông nói thêm. Trong khi đó, nhóm nghiên cứu tiếp tục sử dụng “mắt liên kết” trong vũ trụ để thu thập thêm dữ liệu và nhiều sự kiện hơn nữa cho các nghiên cứu chi tiết tiếp theo.

Nguồn: www.vista.vn (Theo Phys.org)