Tại sao phát hiện ra chuẩn tinh và ân tinh lại có tên trong 100 phát hiện khoa học vĩ đại nhất?

Chuẩn tinh và ẩn tinh là đại diện cho một loại thiên thể mới trong vũ trụ. Thể tích của nó rất lớn, độ sáng cực mạnh, mật độ dày, phát ra sóng vô tuyến và truyền ánh sáng rất mạnh. Sự xuất hiện của những thiên thể này nhanh chóng làm thay đổi nhận thức của các nhà khoa học về không gian và cấu tạo không gian.

Chuẩn tinh là một số những thiên thể xa nhất và sáng nhất trong vũ trụ; ẩn tinh lại giúp các nhà khoa học nghiên cứu về dấu vết và tuổi thọ của các ngôi sao. Sự xuất hiện của những thiên thể này giúp con người hiểu biết hơn về sự tồn tại và sự biến mất của các ngôi sao, đồng thời nó mở ra những lĩnh vực mới trong việc nghiên cứu những vật thể siêu mật độ với lực hút và từ trường cực mạnh.

Chuẩn tinh và ẩn tinh được phát hiện ra như thế nào?

Mùa thu năm 1960, nhà thiên văn học người Mỹ Allan Rex Sandage đã phát hiện ra một chùm thiên thể mở có hình dạng giống như ngôi sao. Ông đã dùng máy viễn vọng vô tuyến để kiểm tra thiên thể này, quan sát xem trong quá trình phát ra ánh sáng mờ chúng có đồng thời bức xạ tín hiệu của radio hay không.

Và điều kỳ diệu đã xảy ra, những thiên thể tối này đều bức xạ ra tín hiệu radio với một cường độ rất mạnh, hiện tượng này từ trước đến nay chưa bao giờ xảy ra ở các thiên thể. Có lẽ những thiên thể này thật sự không phải là những ngôi sao – ít ra nó cũng không giống với những ngôi sao bình thường. Sandage đã gọi thiên thể thần bí này với cái tên nguồn radio chuẩn tinh, và không lâu sau đó ông rút gọn lại chuẩn tinh.

Sandage đã nghiên cứu về cách vạch quang phổ của những thiên thể kỳ lạ này (các vạch quang phổ thể xác định được các thành phần hóa học của những ngôi sao ở xa). Tuy nhiên, các vạch quang phổ đều không phù hợp với bất kỳ nguyên tố nào biết, về cơ bản không có cách nào xác định được.

Cuối cùng Sandage và nhà thiên văn học Maarten Schmidt ở Dutchborn nước Mỹ đã nhận thấy: Nếu coi vạch quang phổ này như là vạch quang phổ thông thường xuất hiện trong phạm vi của các tia tử ngoại(hiện tại đã thay thế bằng sự dịch chuyển đỏ mạnh(hiệu ứng Doppler)), đưa chúng vào trong khu vực có thể quan sát được thì có thể xác định chúng thành những nguyên tố thường thấy (hiệu ứng Doppler là sự biến đổi tần số ánh sáng và âm thanh của thiên thể được tạo ra trong quá trình chuyển động).

Giải thích này đã được trả lời cho một vấn đề thắc mắc, nhưng vô hình dung nó lại tạo ra một vấn đề nan giải khác đó là: cái gì đã tạo ra hiệu ứng Doppler mạnh đến như vậy? Năm 1963, họ đã kết luận và đưa ra câu trả lời hợp lý và duy nhất đó là khoảng cách, khẳng định chuẩn tinh cách chúng ta hơn 1 tỷ năm ánh sáng – điều đó cũng đồng nghĩa với việc đã tìm ra thiên thể xa nhất.

Nhưng ánh sáng mờ tối của chuẩn tinh lại sáng hơn nhiều so với một ngôi sao bình thường – thường có độ sáng gấp 1000 lần độ sáng ở tất cả các thiên hà. Sandage và Schmidt đã khẳng định rằng mỗi một chuẩn tinh là một dải ngân hà xa xôi. Những phát hiện cho thấy tín hiệu radio đo được thay đổi rất lớn ( tương tự với những khác biệt của ngày và giờ), cho nên một ngôi sao không thể tạo thành một dải ngân hà. Điều này chứng tỏ chuẩn tinh là một thực thể chứ không phải là một dải ngân hà.

Chuẩn tinh luôn là một bí ẩn, cho đến năm 1967 người ta mới chứng minh được trên thực tế nó là một vật quay quanh một hố đen lớn. Và chuẩn tinh nhanh chóng đã trở thành thiên thể thú vị và quan trọng nhất trong vũ trụ bao la.

Cùng thời gian đó (tháng 6 năm 1967), giáo sư thiên văn học trường Đại học Cambridge tên là Antony Hewish đã thiết lập một hệ thống quan sát bằng dây ăng ten radio rộng khoảng 4,5 mẫu Anh để dò tín hiệu truyền tần số radio ở góc độ xa nhất trong không gian. Hệ thống quan sát khổng lồ này rất có thể là máy thu nhận tần suất nhạy nhất trên thế giới.

Máy viễn vọng vô tuyến mỗi ngày in ra các tài liệu giấy dài đến 100 feell, nghiên cứu sinh Jocelyn Bell phụ trách phân tích những số liệu này. Đế làm sáng rõ những ký hiệu trên các biểu đồ, bà đã tiến hành so sánh những đường uốn khúc trên biểu đồ với vị trí đã biết của các thiên thể trong không gian, sau đó bà lại tiến hành so sánh sóng điện từ của những thiên thể đã biết với những chỗ uốn khúc và chỗ đầu mút trên biểu đồ.

Sau hai tháng sử dụng kính viễn vọng, Bell đã phát hiện ra những đường dày đặc không bình thường. Theo như lời bà mô tả, nó có chút gì đó giống như “mớ bòng bong”, bà không có cách nào để lý giải hình thù của những đường uốn khúc đó. Bà đã đánh dấu để lại câu hỏi khó có lời giải này và tiếp tục công việc.

Bốn đêm sau đó, bà phát hiện ra những hình tương tự. Một tháng sau, bà lại phát hiện ra những đường như thế: bà nhận ra các ăng ten luôn tập trung ở cùng một khu nhỏ trên bầu trời. Bà tốn nhiều thời gian để phóng to và đo đạc những đường uốn khúc này và phát hiện ra bất kể các tín hiệu radio này là gì thì cứ 4/3 giây chúng lại xung lên một lần và quá trình đó là có quy luật.

Trước khi Hewish công bố phát hiện của họ, Bell đã phát hiện có tín hiệu là xuất hiện ở một chỗ khác trong biểu đồ thu được. Tín hiệu mạch xung thứ hai này cứ 1,2 giây hiện một lần và mỗi lần đều cho những tần số giống nhau.

Các nhà lý luận học trường Đại học Cambridge đã tập trung lại để gỡ rối cho “mớ bòng bong” của Jocelyn. Trải qua mấy tháng tính toán và nghiên cứu, tổ khoa học nhỏ đã đưa ra kết luận: Bell đã phát hiện ra những ngôi sao xoay chuyển với mật độ dày. Các nhà thiên văn học đã dùng phương pháp số học để suy luận: Khi nhiên liệu bị đốt hết trong hạt nhân thiên thể to lớn, các vật chất bên trong thiên thể sẽ bị sập đổ gây nổ lớn, và những thiên thể này được gọi là siêu tân tinh hay sao băng.

Mật độ của các chất còn lại sau vụ nổ dày gấp 100 triệu lần so với các vật chất bình thường – trở thành sao notron. Từ trường và điện trường của chúng sẽ bức xạ ra một chùm sóng vô tuyến cực mạnh, quan sát từ góc độ trái đất, ta có thể thấy sự xoay chuyển của sao notron rất nhanh giống như là đang xung phóng điện, vì vậy nó được gọi là ẩn tinh.

schoolnet