Làm thế nào để phát hiện ra siêu tân tinh - Samantha Kuula

Xem bản đầy đủ tại: http://ed.ted.com/lessons/how-to-detect-a-supernova-samantha-kuula

Ngay lúc này đây, ở nơi nào đó trong vũ trụ, có một ngôi sao đang phát nổ. Thực tế, cứ khoảng mỗi một giây ta lại có thể quan sát được một vụ nổ siêu tân tinh. Tuy nhiên, có thể phát hiện ra nó từ khoảnh khắc bùng nổ đầu tiên thì lại là việc rất hiếm. Liệu có cách để phát hiện ra một siêu tân tinh ngay từ lúc nó chuẩn bị phát nổ không? Samantha Kuula sẽ tiết lộ cho chúng ta biết sự thực khoa học đằng sau Hệ thống dự báo siêu tân tinh sớm.

Nội dung bài học: Samantha Kuula, Minh họa: Nick Hilditch.

Ngay lúc này đây, đâu đó trong vũ trụ,
một ngôi sao đang phát nổ.

Lại thêm một vụ nữa.

Trong thực tế, cứ khoảng mỗi một giây
lại có một siêu tân tinh phát nổ,

và trung bình từ 25 tới 50 năm
lại xuất hiện một siêu tân tinh

trong một ngân hà có cùng kích thước
và độ tuổi với dải Ngân Hà Milky Way.

Nhưng ta chưa từng có cơ hội
chứng kiến một vụ nổ siêu tân tinh nào

ngay từ phút bộc phát đầu tiên của nó.

Tất nhiên rồi, làm sao có thể đây?

Có khoảng hàng trăm tỉ
ngôi sao ở gần chúng ta

cho phép ta quan sát sự kiện
siêu tân tinh phát nổ

xuyên qua bề mặt của ngôi sao.

Nhưng sẽ phải cần đến kính thiên văn
tốt nhất, được đặt vào đúng vị trí

ở vào đúng thời điểm
để thu được dữ liệu có ích.

Có thể nói, khả năng xảy ra điều đó
là cực kì thấp.

Nhưng nếu ta phát hiện vụ nổ
trước khi thấy được ánh sáng từ nó?

Điều này nghe có vẻ không tưởng.

Suy cho cùng, không gì di chuyển nhanh
hơn vận tốc ánh sáng, đúng không?

Theo tất cả những gì chúng ta biết thì,
đúng vậy.

Nhưng trong cuộc đua, điều đó là vô nghĩa
nếu bạn đi đường vòng

trong khi người khác lại
thẳng đường chim bay tới đích.

Vì chính lí do đó,

photon đành thua trong cuộc đua
siêu tân tinh tới Trái Đất.

Neutrino đã thắng.

Sau đây là lí do.

Siêu tân tinh có hai loại.

Loại 1 là những ngôi sao hút
nhiều vật chất từ ngôi sao khác gần nó,

khiến khơi mào phản ứng hạt nhân,
và từ đó phát nổ.

Loại 2, khi ngôi sao tiêu thụ
hết nhiên liệu hạt nhân,

lực hấp dẫn sẽ kéo vào tâm nó mọi vật chất

áp đảo và tống đẩy lực lượng tử,

phần lõi sẽ sụp đổ bởi sức nặng
của chính nó trong một phần trăm giây.

Trong khi phần rìa của ngôi sao
không bị ảnh hưởng bởi sự sụp đổ này,

phần bên trong của nó tăng tốc
phóng vào khoảng chân không,

đập vào nhân và tạo thành vụ nổ.

Trong cả hai trường hợp,

ngôi sao phát ra một lượng
năng lượng khủng khiếp,

cùng một lượng vật chất khổng lồ.

Trên thực tế, các nguyên tử nặng hơn
Niken, kể cả vàng hay bạc,

chỉ được tạo ra trong
các phản ứng của siêu tân tinh.

Ở trường hợp của loại 2,

chỉ có 1% năng lượng là photon,

như ta biết đến chính là ánh sáng,

trong khi 99% phóng ra là neutrino,

loại hạt cơ bản mà ta đã biết rằng
rất hiếm khi tương tác với bất cứ thứ gì.

Khởi hành từ tâm của ngôi sao,

vật chất phát nổ mất hàng chục phút,
thậm chí hàng giờ,

hay hiếm hơn, phải mất nhiều ngày sau
mới chạm tới và xuyên qua bề mặt ngôi sao.

Tuy nhiên, nhờ tính không tương tác,

neutrino đi theo đường khá trực tiếp.

Tại thời điểm diễn ra bất kì thay đổi nào
tại bề mặt ngôi sao,

neutrino thường sẽ bỏ xa photon
từ trước đó nhiều giờ.

Nên các nhà thiên văn và vật lí học

đã xây dựng dự án SNEWS,

Supernova Early Warning System,
tức Hệ thống cảnh báo siêu tân tinh sớm.

Khi các thiết bị dò tìm khắp thế giới
phát hiện ra neutrino,

chúng sẽ gửi thông tin tới
máy tính trung tâm đặt tại New York.

Nếu các máy dò này đều nhận được
tín hiệu giống nhau trong vòng mười giây,

SNEWS sẽ phát đi thông báo rằng
có một siêu tân tinh sắp sửa xuất hiện

Dựa vào thông tin về hướng và khoảng cách
từ các thiết bị dò neutrino,

các nhà thiên văn nghiệp dư
và các nhà khoa học

sẽ quan sát bầu trời và
chia sẻ thông tin

để nhanh chóng định vị
siêu tân tinh

và xoay kính viễn vọng khổng lồ
về phía đó.

Vụ nổ siêu tân tinh gần nhất truyền
neutrino tới Trái Đất là vào năm 1987

diễn ra ở rìa tinh vân Tarantula

bên trong thiên hà gần đó là
Đám Mây Magellanic Lớn,

Neutrino từ vụ nổ đến với Trái Đất trước
khoảng ba giờ so với ánh sáng.

Chúng ta đang đợi một vụ nổ khác,
và khi nó xảy ra,

SNEWS sẽ cho ta có cơ hội trở thành
một trong những người đầu tiên thấy thứ

mà chưa một ai từng được
chứng kiến trước đây.