Các sự kiện nóng bỏng, khốc liệt, năng lượng cao
Tia X và tia gamma là sóng điện từ năng lượng cao nhất, với bước sóng bằng một phần nhỏ của một nano mét hoặc ngắn hơn.
Các quan sát ở những bước sóng này cho thấy vũ trụ ở cấp độ nóng nhất và dữ dội nhất của nó. Đây là một chế độ bùng nổ tia gamma, của chất khí ở nhiệt độ hàng trăm triệu độ đang xoáy tròn xung quanh tàn dư của các ngôi sao đã chết, và của những vật thể kì lạ như sao lùn trắng, sao neutron và các lỗ đen.
Ảnh tia X của mặt trời cho phép chúng ta nhìn thấy tác dụng đặc biệt của hoạt động mặt trời gây ra bởi các lực từ. (Ảnh: SOHO/NASA/ESA)
Thiên văn học bùng nổ
Tia gamma có bước sóng ngắn hơn 0,01 nano mét và được phát ra trong sự phân hủy phóng xạ, hoặc bởi các hạt đang chuyển động ở gần tốc độ ánh sáng. Vụ bùng nổ tia gamma đầu tiên được phát hiện ra vào năm 1967, bởi các vệ tinh theo dõi thử vũ khí hạt nhân trong khí quyển.
Đa số các vụ nổ có khả năng xảy ra khi một ngôi khối lượng lớn, đang quay nhanh, co lại để tạo thành một lỗ đen, phát ra một chùm hẹp bức xạ cường độ mạnh, còn những vụ nổ ngắn hơn có thể phát sinh khi hai sao neutron hợp nhất. Các vụ nổ thường kéo dài trong vài ba giây, với một tia X kéo dài lâu hơn và ánh chói trong vùng nhìn thấy, nhưng có thể giải phóng năng lượng bằng năng lượng mà mặt trời chúng ta sẽ phát ra trong quãng đời 10 tỉ năm của nó. Chúng có thể nhìn thấy ngay cả từ rìa của vũ trụ nhìn thấy: mới đây, người ta đã quan sát thấy các tia gamma phát ra từ một thiên hà cách xa 13 tỉ năm ánh sáng, nghĩa là chúng được phát ra sau Big Bang chỉ 600 triệu năm thôi.
Như đối với tia X, các tia gamma bị khí quyển của Trái đất hấp thụ. Một sứ mệnh không gian chuyên biệt, kính thiên văn SWIFT của NASA, đã nghiên cứu hơn 500 vụ nổ kể từ khi nó được phóng lên quỹ đạo hồi năm 2004, trong khi các thiết bị mặt đất như HESS ở Namibia, MAGIC ở quần đảo Canary và VERITAS ở Arizona đang dõi mắt tìm kiếm ánh sáng phát ra từ những cơn mưa hạt hạ nguyên tử có thời gian sống ngắn sinh ra khi các tia gamma năng lượng cao va chạm với các nguyên tử trong khí quyển Trái đất.
Các mặt trời tia X
Các ngôi sao bình thường phát ra những lượng lớn tia X, như người Mĩ T. R. Burnight đã phát hiện ra hồi năm 1948 khi ông phóng một tên lửa V2 thu giữ của Đức, bên trong có chứa một cuộn phim, về phía mặt trời. Những tia này chủ yếu đến từ nhật hoa của mặt trời, lớp vỏ bên ngoài của vùng plasma nóng dễ nhìn thấy nhất trong kì nhật thực toàn phần, và cũng đến từ những vùng hoạt động đặc biệt của đĩa mặt trời.
Các sứ mệnh tia X mặt trời như Đài thiên văn Mặt trời và Nhật quyển (SOHO) của NASA, phóng lên hồi năm 1995, và Yokhoh, một sứ mệnh hợp tác của Nhật Bản, Anh và Mĩ, phóng lên vào năm 1991, đã có thể quan sát các tai lửa mặt trời khi chúng phát triển. Những tai lửa mạnh nhất trong số này có thể mang lại sự phun trào vật chất vành nhật hoa, trong đó một cái bọt khổng lồ gồm các hạt năng lượng cao và các đường sức từ bùng nổ ra khỏi mặt trời. Những vụ nổ này có khả năng gây gián đoạn sự truyền thông tin liên lạc khi chúng đi tới Trái đất, và còn mang lại mối nguy hại bức xạ đối với các nhà du hành trong bất kì sứ mệnh liên hành tinh có người lái nào trong tương lai.
Những ngôi sao chết
Các tia X vũ trụ bị oxygen và nitrogen trong khí quyển của Trái đất hấp thụ, nên các kính thiên văn tia X phải được đưa lên quỹ đạo. Nguồn phát tia X nhỏ gọn đầu tiên, Sco X-1 trong chòm sao Scorpio (Bọ cạp), đã được tìm thấy trong các quan sát tên lửa của mặt trăng vào năm 1962. Năm 1970, vệ tinh tia X chuyên dụng đầu tiên, Uhuru của NASA, được phóng lên quỹ đạo.
Nhiều nguồn phát tia X là các hệ sao đôi trong đó chất khí đang tuôn ra lấy bởi một ngôi sao đang qua đời chuyển động xoắn ốc vào kẻ đồng hành của nó – một tàn dư nhỏ gọn, chết chóc của cái đã từng là một ngôi sao. Khi chuyển động như vậy, chất khí đó nóng lên và phát ra tia X.
Trong Sco X-1, vật thể đồng hành là một sao neutron, tàn dư của một ngôi sao có khối lượng gấp 10 lần mặt trời của chúng ta. Những hệ khác có các đồng hành lùn trắng, to lớn hơn. Nhưng các phép đo hồi năm 1971 của sự lắc lư quỹ đạo của kẻ đồng hành không nhìn thấy trong một nguồn phát tia X, Cyg X-1 trong chòm sao Cygnus, cho thấy nó có khối lượng quá lớn so với một sao lùn trắng hoặc sao neutron. Nó phải là một lỗ đen – bằng chứng quan sát đầu tiên cho sự tồn tại của một vật thể như vậy.
Tia X còn phát ra từ những vùng rìa nóng bỏng bên trong của các đĩa vật chất đang bồi tụ xung quanh các lỗ đen siêu khối trong các tâm hoạt động của các thiên hà và quasar. Các khảo sát do đài thiên văn tia X Chandra của NASA và vệ tinh XMM-Newton của Cơ quan Vũ trụ châu Âu thực hiện, cả hai đều được phóng lên vào năm 1999, đã định vị hàng nghìn nguồn phát như thế. Một vạch phổ tia X phát ra từ sắt bị ion hóa cao đặc biệt cung cấp nhiều thông tin hữu ích: trong một số trường hợp, nó cung cấp bằng chứng của sự biến dạng do các hiệu ứng của thuyết tương đối rộng.
Thiết bị nghiên cứu sao: Fermi
Kính thiên văn vũ trụ tia gamma Fermi đã được phóng lên vào năm 2008. Nó sẽ thực hiện một cuộc khảo sát toàn bầu trời đồng thời nghiên cứu các vụ nổ tia gamma, xác định vị trí của chúng trong phạm vi sai số 1/60 của một độ.
Đa số các nguồn phát tia gamma có khả năng sẽ là những lỗ đen siêu khối nằm tại tâm của các thiên hà, nhưng Fermi cũng sẽ nghiên cứu các pulsar, các tàn dư sao siêu mới và nền tia gamma nói chung tỏa ra từ mọi ngóc ngách của vũ trụ và nguồn gốc của nó đến nay vẫn chưa được hiểu trọn vẹn.
Fermi cũng có thể phát hiện ra tương tác giữa các hạt vật chất tối theo lí thuyết đề xuất, gọi tên là WMIP, nếu như chúng tồn tại. Nó cũng sẽ triển khai những phép kiểm tra khác của nền vật lí cơ bản có thể thực hiện ở những mức năng lượng cực cao này, thí dụ như đo xem tốc độ ánh sáng có như nhau ở mọi bước sóng hay không.
Nguồn: New Scientist
