Sử dụng vệ tinh đài thiên văn tia X châu Âu XMM-Newton, các nhà nghiên cứu thuộc NCRS và CEA vừa phát hiện ra một nguồn mới của tia vũ trụ. Trong vùng phụ cận của đám sao Arches, gần trung tâm của Dải Ngân hà, những hạt này được tăng tốc trong sóng xung kích tạo ra bởi hàng chục nghìn ngôi sao trẻ đang di chuyển ở tốc độ khoảng 700.000 km/h. Những tia vũ trụ này tạo ra một phổ tia X đặc trưng bởi sự tương tác với các nguyên tử trong đám khí xung quanh. Nguồn gốc của chúng khác với nguồn gốc của những tia vũ trụ do Victor Hess khám phá hồi đúng 100 năm trước – chúng sinh ra trong những vụ nổ sao siêu mới. Các kết quả được công bố trên tạp chí Astronomy & Astrophysics.
Vùng đám sao Arches nhìn trong phổ tia X (đường contour) và phổ hồng ngoại gần (ảnh nền). Ảnh: V. Tatischeff
100 năm trước, nhà vật lí người Áo Victor Franz Hess đã phát hiện ra sự tồn tại của bức xạ ion hóa có nguồn gốc ngoài địa cầu, cái ông gọi là tia vũ trụ. Ngày nay, bản chất của chúng đã được hiểu rõ. Khi những ngôi sao nhất định lúc cuối đời của chúng phát nổ và trở thành sao siêu mới, vật chất của chúng được giải phóng ra ở tốc độ siêu thanh, phát ra sóng xung kích làm gia tốc các hạt. Vì thế, một số hạt nhân nguyên tử thu được động năng rất cao và đi vào khí quyển của Trái đất.
Tuy nhiên, những tia vũ trụ năng lượng thấp thì chưa được phát hiện ra trong vùng hành tinh của chúng ta, vì gió mặt trời ngăn cản chúng đi vào nhật quyển. Do đó, người ta biết ít về thành phần hóa học của chúng và thông lượng tia bên ngoài Hệ Mặt trời, mặc dù mọi thứ cho thấy chúng có một vai trò đáng kể trong Thiên hà của chúng ta. Chẳng hạn, bằng cách ion hóa và làm nóng những đám mây đậm đặc nhất giữa các sao, chúng có khả năng điều hòa sự hình thành sao.
Các tác giả của bài báo trên bắt đầu với việc nghiên cứu sự phát xạ tia X trên lí thuyết sẽ được tạo ra bởi tia vũ trụ năng lượng thấp trong môi trường giữa các sao. Sau đó, họ tìm kiếm những dấu hiệu của sự phát xạ trên lí thuyết này trong dữ liệu tia X do vệ tinh XMM-Newton thu thập được kể từ lúc nó được phóng lên quỹ đạo vào năm 1999 đến nay. Bằng cách phân tích tính chất của phổ tia X của sắt giữa các sao do vệ tinh này ghi lại, họ tìm thấy những dấu hiệu của một đám đông ion nhanh trong vùng phụ cận của đám sao Arches, cách tâm của Dải Ngân hà khoảng 100 năm ánh sáng. Những ngôi sao trong đám này đang di chuyển chung với nhau với tốc độ xấp xỉ 700.000 km/h. Các tia vũ trụ đó có khả năng được tạo ra trong sự va chạm tốc độ cao của đám sao trên với một đám mây khí trên đường đi của nó. Trong vùng đặc biệt này, mật độ năng lượng của các ion được gia tốc lớn gấp khoảng một nghìn lần mật độ của tia vũ trụ trong vùng láng giềng của Hệ Mặt trời.
Đây là lần đầu tiên một nguồn phát chính của những tia vũ trụ năng lượng thấp được phát hiện ra bên ngoài Hệ Mặt trời. Nó cho thấy sóng xung kích của sao siêu mới không phải là đối tượng duy nhất có thể gây ra sự gia tốc hàng loạt của các hạt nhân nguyên tử trong Thiên hà. Những kết quả này giúp người ta nhận dạng ra những nguồn phát ion mới trong môi trường giữa các sao, và có thể giúp hiểu rõ hơn tác dụng của những hạt giàu năng lượng này đối với sự hình thành sao.
Tham khảo: dx.doi.org/10.1051/0004-6361/201219016
123physics (thuvienvatly.com)
Nguồn: CNRS
