Cách trường không gian và thời gian cuộn thành vũng xoáy xung quanh một ngôi sao chết đã xác nhận một dự đoán khác từ thuyết tương đối tổng quát của Einstein.

Ngôi sao chết làm cong không thời gian trong vũ trụ

Ngôi sao chết làm cong không thời gian trong vũ trụ

Hiệu ứng Lense-Thirring từ sao lùn trắng xoay tròn trong hệ nhị phân PSR J1141-6545. Video: Live Science.

Dự đoán được nhà vật lý Albert Einstein nhắc đến trong thuyết tương đối là một hiện tượng mang tên “kéo hệ quy chiếu” hay “hiệu ứng Lense-Thirring”. Dự đoán này phát biểu rằng trường không gian – thời gian sẽ cuộn thành một thực thể xoay tròn khổng lồ. Chúng ta có thể tưởng tượng Trái Đất chìm trong mật ong. Khi hành tinh quay, mật ong xung quanh cũng xoay theo. Trường không gian – thời gian quanh ngôi sao chết cũng tương tự như vậy.

Thí nghiệm trên vệ tinh phát hiện hiện tượng kéo hệ quy chiếu ở trường hấp dẫn khi Trái Đất xoay tròn, nhưng hiệu ứng cực nhỏ và rất khó đo lường. Những vật thể khối lượng lớn và có trường hấp dẫn cực mạnh như sao lùn trắng và sao neutron, mang tới cơ hội tốt hơn để quan sát hiện tượng.

Các nhà khoa học tập trung vào PSR J1141-6545, một sao xung trẻ có khối lượng gấp khoảng 1,27 lần Mặt Trời. Sao xung này nằm trong chòm sao Musca cách Trái Đất 10.000 – 25.000 năm ánh sáng, gần chòm sao Southern Cross. Sao xung là sao neutron xoay tròn rất nhanh và phát ra sóng vô tuyến dọc theo cực từ. Sao neutron là xác sao chết trong vụ nổ dữ dội gọi là siêu tân tinh. Lực hấp dẫn của chúng đủ mạnh để nén proton và electron với nhau, tạo ra neutron.

PSR J1141-6545 xoay tròn quanh một ngôi sao lùn trắng có khối lượng tương đương Mặt Trời. Sao lùn trắng là phần lõi siêu đặc lớn ngang Trái Đất của sao chết, còn sót lại sau khi những ngôi sao cỡ trung bình cạn kiệt nhiên liệu và mất đi lớp vỏ ngoài. Mặt Trời sẽ trở thành sao lùn trắng vào một ngày nào đó, tương tự hơn 90% sao trong dải Ngân Hà.

Sao xung quay quanh sao lùn trắng theo quỹ đạo chưa đầy 5 giờ, lao qua không gian ở tốc độ một triệu kilomet mỗi giờ. Khoảng cách giữa hai ngôi sao không lớn hơn kích thước của Mặt Trời, theo trưởng nhóm nghiên cứu Vivek Venkatraman Krishnan, nhà vật lý thiên văn ở Viện Thiên văn học Vô tuyến Max Planck ở Bonn, Đức.

Nhóm nghiên cứu đo đạc khi rung động từ sao xung truyền tới Trái Đất trong vòng 100 micro giây, sử dụng kính viễn vọng vô tuyến Parkes và UTMOST. Cách này cho phép họ phát hiện sự chệch hướng khi sao xung và sao lùn trắng xoay quanh nhau.  

Sau khi loại trừ các nguyên nhân có thể tạo ra sự chệch hướng, các nhà khoa học kết luận đó là kết quả của hiện tượng kéo hệ quy chiếu. Cách sao lùn trắng xoay nhanh kéo trường không gian – thời gian khiến quỹ đạo của sao xung đổi hướng dần dần theo thời gian. Dựa trên mức độ kéo hệ quy chiếu, nhóm nghiên cứu tính toán sao lùn trắng xoay quanh trục khoảng 30 lần một giờ. Chi tiết về phát hiện được công bố hôm 30/1 trên tạp chí Science.  

Nghiên cứu trước đây chỉ ra sao lùn trắng hình thành trước sao xung trong hệ nhị phân này. Theo một dự đoán từ mô hình lý thuyết, trước khi vụ nổ siêu tân tinh tạo sao xung xảy ra, tiền thân của sao xung mất lượng vật chất nặng gấp 20.000 lần Trái Đất cho sao lùn trắng trong 16.000 năm, giúp tốc độ quay của nó tăng mạnh.

Nhóm nghiên cứu cho biết trong tương lai, họ có thể sử dụng phương pháp tương tự phân tích sao neutron nhị phân nhằm hiểu rõ hơn cấu tạo bên trong của chúng. “Mật độ vật chất bên trong sao neutron vượt xa những gì chúng ta có thể đạt được trong phòng thí nghiệm, do đó chúng ta có thể khám phá vô vàn tri thức vật lý mới bằng cách sử dụng kỹ thuật này với hệ sao neutron”, Krishnan nói.

An Khang (Theo Live Science)