Các nhà thiên văn học vừa làm được điều mà Einstein cho rằng không thể: Tính khối lượng của một ngôi sao dựa vào trọng lực của chính nó

Khi Albert Einstein vạch ra thuyết tương đối rộng, ông không nghĩ rằng một trong những dự đoán của mình, ngày nào đó sẽ được quan sát một cách trực tiếp - đó là ánh sáng của một ngôi sao xa xôi bị bẻ cong và phóng đại bởi trọng lực của một vật thể trên đường đi của nó.

Nhưng giờ đây, các nhà thiên văn học đã được chứng kiến dự đoán của Einstein trong thời gian thực, và họ đã sử dụng nó để giải quyết bí ẩn về khối lượng của một ngôi sao lùn trắng mà trước đây chỉ khả thi về mặt lý thuyết.

Phát hiện mới này đã mở ra một con đường mới để hiểu được sự tiến hóa của các thiên thà, bao gồm cả thiên hà của chúng ta.

“Nghiên cứu đã cung cấp một công cụ mới để xác định khối lượng của một vật thể mà chúng ta không thể dễ dàng đo được bằng các phương pháp khác”, nhà thiên văn học Terry Oswalt tại Đại học Hàng không Embry-Riddle.

Mấu chốt trong dự đoán của Einstein về thuyết tương đối rộng là thấu kính hấp dẫn, đây là hiện tượng xảy ra khi ánh sáng bị bẻ cong xung quanh lực hấp dẫn của một vật thể khác, chẳng hạn như một ngôi sao. Trong dự đoán này, ánh sáng bị lệch gấp đôi so với dự đoán khi sử dụng các định luật trọng lực cổ điển của Newton.

Sự biến dạng của ánh sáng được Einstein lần đầu tiên đưa vào thử nghiệm năm 1919 trong lúc nhật thực toàn phần, khi ánh sáng từ cụm sao Hyades phía sau Mặt Trời có thể được phát hiện trong bóng tối. Những phép đo về ánh sáng của ngôi sao khi đi qua trường hấp dẫn của Mặt Trời trong lúc nhật thực đã trùng khớp với dự đoán của Einstein và là minh chứng đầu tiên về thuyết tương đối rộng.

Ánh sáng bị bẻ cong khi nhật thực đã góp phần kiểm chứng thuyết tương đối

Tiến thêm một bước nữa, Einstein sau đó đã gợi ý rằng ánh sáng của một ngôi sao xa xôi dường như sáng hơn khi nó lượn quanh trường hấp dẫn của một vật thể trên đường đi của nó. Khoảng không gian cong xung quanh một vật thể lớn đóng vai trò như một thấu kính phóng đại khổng lồ. Từ Trái Đất, khi một ngôi sao di chuyển qua chính giữa Trái Đất và một ngôi sao khác, thấu kính trọng lực sẽ tạo thành một vòng tròn Einstein - một vòng tròn hoàn hảo được tạo ra bởi ánh sáng.

Nhưng vị trí của các ngôi sao là rất khác nhau , nên tỷ lệ để nhìn thấy một sự sắp xếp hoàn hảo như vậy là rất thấp. Chính Einstein đã nói một cách bi quan rằng “không có hy vọng nào để quan sát hiện tượng này một cách trực tiếp”, trong một bài báo cáo khoa học năm 1936.

Và một lần nữa, Einstein lại chính xác khi không kỳ vọng quá nhiều. Mặc dù những vòng tròn Einstein đã được quan sát rất nhiều lần trong 80 năm kể từ khi nhà vật lý huyền thoại xuất bản bài báo của mình, chúng ta vẫn chưa nhìn thấy được một vòng tròn hoàn hảo nào trên bầu trời.

Bất chấp những tiến bộ khoa học kỹ thuật trong thế kỷ trước, chúng ta vẫn chưa thể nhìn thấy một vòng tròn bất đối xứng của Einstein. Điều này xảy ra khi hai vật thể bị lệch khỏi vị trí tương đối, tạo ra ảo ảnh rằng vị trí của ngôi sao phía sau đã bị dịch chuyển. Trong dự đoán của Einstein, hiện tượng này được gọi là thấu kính chiêm tinh.

Nhưng nhờ có độ phân giải góc cực lớn của Kính viễn vọng Không gian Hubble, các nhà nghiên cứu từ Viện Khoa học Kính viễn vọng Không gian cuối cùng đã có thể nhìn thấy hiện tượng bất đối xứng này trên một ngôi sao khác ngoài Mặt Trời của chúng ta.

“Vòng tròn và ánh sáng của nó quá nhỏ để có thể đo được, nhưng sự bất đối xứng đã làm cho ngôi sao xa xuất hiện ở vị trí không phải chính giữa cho với vị trí thực của nó”, Oswalt nói.

Ngôi sao Stein 2051 B.

Kailash Chandra Sahu, tác giả chính và là nhà thiên văn học tại Viện Viễn vọng Không gian Hoa Kỳ, cùng với nhóm của ông đã tìm kiếm trên 5.000 ngôi sao để xác định sự liên kết bất đối xứng này.

Họ đã dừng lại ở ngôi sao lùn trắng Stein 2051 B, nó được sắp xếp bất đối xứng với một ngôi sao khác vào tháng 3 năm 2014. Khi vị trí của ngôi sao phía sau bị dịch chuyển, các nhà nghiên cứu đã có thể sử dụng các phép đo để ước tính khối lượng của ngôi sao lùn trắng là khoảng 68% so với khối lượng Mặt Trời của chúng.

Cho đến nay, các nhà khoa học vẫn chưa để hình dung ra được khối lượng và thành phần của Stein 2051 B. Trong hơn một thế kỷ, nó được cho là ngôi sao có thành phần bất thường, khối lượng thấp và có lõi sắt. Nhưng những phát hiện mới đã cho thấy rằng, ngôi sao bí ẩn Stein 2051 B thật ra có khối lượng khá lớn với lõi là carbon-oxy.

Số liệu thu được từ Viện Viễn vọng Không gian Hoa Kỳ, cho thấy ngôi sao lùn trắng Stein 2051 B cũng với ánh sáng nó phát ra.

Các nhà khoa học cho rằng ít nhất 97% các ngôi sao trong dải ngân hà hoặc là sao lùn trắng hoặc đang trở thành sao lùn trắng. Chúng đại diện cho sự kết thúc trong vòng đời của một ngôi sao, đưa ra một cái nhìn tổng thể về quá khứ và tương lai của vũ trụ.

“Bởi vì chúng là hóa thạch của tất cả các ngôi sao thế hệ trước, sao lùn trắng là chìa khóa để phân loại lịch sử và sự tiến hóa của các thiên hà như của chúng ta.” Oswalt viết.

Với nhiều cuộc khảo sát bầu trời quy mô lớn sắp diễn ra, chẳng hạn như Kính thiên văn Khảo sát Khối lượng lớn, các nhà thiên văn hi vọng rằng có thể bắt gặp được nhiều những sự kiện hiếm thấy bằng cách sử dụng thấu kính thiên văn.

Tham khảo Sciencealert

Sáng ngày mai (20/4), nhớ đón xem sự kiện thiên thạch khổng lồ mang tên ngôi sao Fast & Furious 8 bay sát Trái Đất

Nguyễn Tuấn Tài