Sứ mệnh nghiên cứu sao neutron đầu tiên của NASA

(Kiến Thức) - Phys.org đưa tin, NASA đã phóng tên lửa Falcon 9 mang theo sứ mệnh đầu tiên trên thế giới nghiên cứu các sao neutron bí ẩn.

06/06/2017 16:12 Đoàn Hiểu Linh (tổng hợp)

Theo kế hoạch, NICER (Neutron Star Interior Composition Explorer-nhà khám phá cấu tạo nội tại của sao neutron) sẽ được gắn trên SpaceX CRS-11, sứ mệnh tái cung cấp hàng hóa cho trạm không gian quốc tế ISS trên Falcon 9.

NICER là một kính viễn vọng gắn ngoài độc đáo có kích cỡ bằng một chiếc tủ lạnh, được trang bị 56 gương phát xạ tia X và bộ phát hiện silicon.

Su menh nghien cuu sao neutron dau tien cua NASA

Mô hình NICER trong bản thiết kế (Ảnh: NASA)

NICER là công cụ hai trong một giúp các nhà khoa học kiểm chứng nhiều mô hình cấu tạo sao neutron trên lý thuyết bằng các quan sát chính xác, đồng thời biểu diễn điều hướng tia X trong không gian. Đây cũng là lần đầu tiên trên thế giới màn trình diễn tia X sẽ được thực hiện trên vũ trụ.

Sao neutron và nhiệm vụ đầu tiên: quan sát sao neutron

Một tuần sau khi được lắp đặt trên ISS, NICER sẽ bắt đầu nhiệm vụ thứ nhất là quan sát sao neutron.

Su menh nghien cuu sao neutron dau tien cua NASA-Hinh-2

NICER đang được hoàn thành trước khi phóng lên vũ trụ (Ảnh: NASA)

Cấu tạo các sao neutron chủ yếu gồm neutron. Sao neutron là những vật thể đậm đặc nhất trong vũ trụ chỉ sau lỗ đen. Trọng tâm quan sát của NICER là pulsar-các sao neutron chớp tắt định kỳ trong mắt chúng ta. Việc phân loại pulsar là do các xung lực từ rất mạnh ở các cực từ trường của chúng quét qua trái đất sẽ làm chúng tỏa sáng như một ngọn hải đăng vũ trụ.

Su menh nghien cuu sao neutron dau tien cua NASA-Hinh-3

Mô hình sao neutron đang tự quay quanh trục quay của nó (spin axis) và tỏa ra sóng vô tuyến dọc theo các trục từ (magnetic axis) (Ảnh: NASA)

Các sao neutron và pulsar là những tàn dư của các sao lớn đã cạn kiệt năng lượng hạt nhân, phát nổ và sụp đổ thành những quả cầu siêu đặc, hầu hết có kích cỡ tương đương thành phố New York (gần 14.000 m2, gấp gần 10 lần thành phố Hà Nội khoảng 1.300 m2 và 7 lần thành phố Hồ Chí Minh hơn 2.000 m2-Wikipedia). Khối lượng của các quả cầu mang tên sao neutron này rất lớn, thường gấp đôi khối lượng mặt trời của chúng ta!

Su menh nghien cuu sao neutron dau tien cua NASA-Hinh-4

Hầu hết sao neutron là những quả cầu siêu đặc lớn cỡ thành phố New York ở Mỹ nhưng có khối lượng gấp đôi mặt trời trong Thái Dương hệ (Ảnh: NASA)

Lực hút của sao neutron mạnh tới mức có thể nghiền nhỏ một khối lượng vật chất rất lớn, gấp 1,4 lần thể tích mặt trời hoặc ít nhất là 460.000 lần trái đất của chúng ta thành các đám mây có kích thước bằng thành phố, từ đó tạo ra các khối vật chất đậm đặc ổn định. Đó là những thứ mà bạn không thể nhìn thấy ở bất cứ nơi nào khác trong vũ trụ.

Theo NASA, chỉ một muỗng canh vật chất sao neutron cũng nặng tới một tỉ tấn trên trái đất, tương đương khối lượng đỉnh Everest! “Tính đặc biệt của các vật chất trong những điều kiện kể trên là một vấn đề chưa được giải quyết nhiều thập kỷ qua”, theo Keith Gendreau, nhà khoa học trưởng dự án NICER ở trung tâm bay không gian Goddard NASA ở Maryland (Mỹ). Từ khi các khoa học gia dự báo về sao neutron trên lý thuyết vào năm 1939 và chính thức quan sát được chúng vào năm 1967, các loại sao neutron đã tạo nên nhiều hứng thú lớn lao trong giới khoa học.

Su menh nghien cuu sao neutron dau tien cua NASA-Hinh-5

Ảnh nghệ thuật về một pulsar (hình đĩa trắng xanh ở giữa ảnh) đang kéo vật chất từ một ngôi sao gần đó (đĩa đỏ ở góc phải bên trên). Vật chất hình sao tạo thành một hình đĩa quanh pulsar (vòng nhiều màu) trước khi rơi xuống bề mặt của một thứ chưa biết rõ. (Ảnh: NASA)

Nhiệm vụ thứ hai: Biểu diễn điều hướng tia X trong không gian

Trong nhiệm vụ thứ hai là biểu diễn điều hướng tia X trong không gian, sứ mệnh kéo dài 18 tháng NICER sẽ thu thập các tia X tạo ra từ các trường lực từ vô cùng mạnh của các sao neutron, pulsar và các điểm nóng ở hai cực từ của chúng. Ở những vị trí này, khi va chạm vào bề mặt sao, các phân tử bị kẹt trong các trường lực từ mạnh mẽ trên bề mặt sẽ rơi xuống như mưa.

Các xung nhịp bức xạ mạnh tỏa ra từ các phân tử đang trôi sẽ được dùng làm đồng hồ thiên thể vì khả năng dự đoán của chúng sẽ tạo ra các loại đồng hồ có độ chính xác cao, tương tự như các tín hiệu đồng hồ nguyên tử trong hệ thống định vị toàn cầu (Global Positioning System). So với tín hiệu GPS chỉ chính xác trên trái đất và yếu dần khi đi xa khỏi quỹ đạo trái đất, các tín hiệu từ xung nhịp pulsar gần như nhau ở mọi nơi trong không gian. Đặc điểm này khiến chúng trở thành một công cụ điều hướng có ích trong việc khám phá không gian.

Cụ thể là nhóm nghiên cứu sẽ dùng các kính viễn vọng của NICER để phát hiện ánh sáng tia X tỏa ra trong các tia bức xạ đang quét của pulsar. Các kết quả đo lường từ thí nghiệm Nhà khám phá trạm về Công nghệ điều hướng và tính toán thời gian tia X (Station Explorer for X-ray Timing and Navigation Technology- SEXTANT) sẽ được dùng để phát triển các giải thuật cho giải pháp điều hướng trên bo. Nhờ đó, sứ mệnh xuyên hành tinh NICER sẽ có khả năng tính toán để tự định vị cho mình một cách độc lập với Mạng Lưới Không Gian Sâu (Deep Space Network) của NASA trước giờ vẫn được xem là hệ thống viễn thông nhạy nhất thế giới.

Su menh nghien cuu sao neutron dau tien cua NASA-Hinh-6

Ảnh chụp 56 tấm gương phát xạ tia X hỗ trợ trình diễn tia X trong không gian trong thí nghiệm SEXTANT của NICER (Ảnh: NASA)

NICER là kết quả hợp tác giữa nhiều cơ quan: NASA, học viện công nghệ Massachusetts, phòng thí nghiệm nghiên cứu hải quân và nhiều trường đại học trên toàn nước Mỹ và Canada.

Thật trùng hợp, thời điểm phóng NICER cũng là lúc sắp kỷ niệm 50 năm ngày nhà vật lý Bell Burnell phát hiện ra sao neutron đầu tiên, ngày 25-7-1967!

Su menh nghien cuu sao neutron dau tien cua NASA-Hinh-7

Người đầu tiên phát hiện ra sao neutron-nữ giáo sư vật lý học thiên thể người Bắc Ireland Jocelyn Bell Burnell tại một hội nghị không gian cuối năm 2012. Trên tay bà là một món quà của công tước xứ York, hoàng tử Andrew: tranh toàn bầu trời của Pulsar B919+21 (Ảnh: RAL Space)

Đoàn Hiểu Linh (tổng hợp)