TIỂU LUẬN SAO NEUTRON VÀ PULSAR CẤU TRÚC VÀ ĐẶC ĐIỂM CỦA SAO NEUTRON HOẠT ĐỘNG VÀ TỪ TRƯỜNG CỦA SAO NEUTRON

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM THÀNH PHỎ HỊ CHÍ MINH ĐẠI HỌC %SP TP HỖ CHÍ MINH KHOA VẬT LÝ +a E1] TIỂU LUẬN SAO NEUTRON VÀ PULSAR Học phần: Thiên văn học đại cương GVHD: Ths Nguyễn Thành Đạt Sinh viên thực hiện: Trần Thành 4501102073 Nguyễn Văn Thành Nam 4501102053 Lê Thị Mai 4501102049 Nguyễn Quốc Huy 4501102035 Ngô Thị Kim Phương THÀNH PHĨ HỊ CHÍ MINH THÁNG 12NĂM 2021 4501102063 0)80 MỤC LỤC 987100027 NGN GĨC VÀ SỰ TIỀN HĨA CỦA SAO NEUTRRON e2 5< 5° scsessessessessessss.2 1.1 Nguồn gốc hình thành NeutrOn - + 2-56 se SE 1.1.1 Từ vụ nỗ siêu tân tỉnh .- E91121121111121111711111111111111111 1112 1xeE ¿+ ©2219 kEEEEEE12E15117112111111111111111112111111711.11 111p 1.1.2 Từ lùn trắng -+:cco v2 th HH he 1.2 Tiên hóa ]NG€UrOI LH TT 031-1500 558 53v "0 (0: 8)00.4:79)03 711 2.1 Các tiên đoán VỀ Sao neUtFOH ca tt n1 111191 211511111511515115111115151111111E 11.111.11.11 EEEEEE.rrEb 2.2 Pulsar chứng tồn NeutrOH ¿set EEEE11211121 1E crxer 2.3 Các nghiên cứu bật VỀ n€ufTOI - 56-56 SE SE 191151151111211211711111117111111111111 11x CÁU TRÚC VÀ ĐẶC ĐIỂM CỦA SAO NEUTRON s 5< 5< ©s£Ssxeexeexeessrssrssrsssessses :Sđs» 3.2 Đặc điểm -5s.Ss ch 121102 02112T101101 11.11.111.111 11 1111111111011 01H 3.2.1 Khối lượng kích thƯỚC ¿22 k9EESEEESEEEEEEEEEEEE211117117111111111715111111111 3.2.2 Nhiệt đỘ 21 n nh 1H 1H 1101101 1.112110110111.11T1 1111111111111 1101k 3.2.3 Lực hấp dẫn - -c set EỀ111111111111111 11111111 11111111.1111111E11111111111111111 11.11 Ex px Hrkt ` án e a 10 HOẠT ĐỘNG VÀ TỪ TRƯỜNG CỦA SAO NEUTRON -. ssecsesscseeseseesesessese ÍỦ MỘT SỐ SAO NEUTRON (PULSAR) QUAN TRỌNG TRONG LỊCH SỬ .2 SỨ MẸNH NICEIR .< 5Ÿ < 5< S552 32s SSSEsEseEsesssssssrsstsersessssrsrssrsrssrssrsrssrssesrssrsersrssrsrssrsses 6.1 Giới thiệu sơ lược NICER .` 6.2 Kết nghiên cứu NICER < ¿52 kSt‡EE2E12119E121121121171111111111111111211111111.1.E e 14 5c Sẻ s9 19E15112112111171171711111117111111E11.11E1111LxeE 15 LỜI MỞ ĐẦU Chắc hăn lần thấy sáng lấp lánh bầu trời Có bạn có chút thắc mắc chúng hay chưa? Liệu chúng có sáng bầu trời biến vào ngày đó? Và biến mắt chúng đâu, bay qua hành tỉnh khác, rơi xuống trái đất, hay chúng chuyền sang dạng khác SỐ Do đó, nhóm chúng tơi định lựa chọn thực đề tài “Sao neutron pulsar” tìm hiệu dạng tiên hóa ci đời Trong việt này, chúng tơi sử dụng kiên thức vật lí đê trình bày tơng hợp sơ đặc điềm ý nghĩa neutron, gI1úp hiệu biệt thêm cập nhật thông tin nhât vân đê Đông thời, việt nguồn tài liệu cho sinh viên tham khảo trình học tập học phần thiên văn Trong phạm vi nghiên cứu, viết trình bày nội dung trọng tâm sau: Một là, nguồn gốc Và SỰ tiến hóa neutron Hai là, lịch sử nghiên cứu neutron Ba là, cầu trúc đặc điểm Bôn là, hoạt động từ trường neutron 1 NGN GĨC VÀ SỰ TIỀN HĨA CÚA SAO NEUTRON 1.1 Nguồn gốc hình thành Neutron 1.1.1 Từ vụ nỗ siêu tân tinh Những tồn dựa vào cân yếu ớt, khối lượng không lồ hàng tỷ đến hàng nghìn tỷ plasma bị kéo vào tâm lực hấp dẫn ép vật chất lại với nhau, lõi ngơi liên tục xảy phản ứng nhiệt hạch giải phóng lượng chống lại sức ép Cứ sau khoảng kỷ, không lồ thiên hà cạn kiệt nhiên liệu Điều xảy sau hàng triệu năm nhiệt độ áp suất thơng qua chu trình Critchfield hay Bethe, biến nhiên liệu Hydro thành Heli Đến ngày Hydro cạn kiệt, hợp nguyên tố thành nguyên tô nặng Heli hợp thành Cacbon, Cacbon tiếp tục hợp thành Neon, Neon thành Oxi, Oxi thành Silic cuối hợp thành sắt Khi lõi chứa sắt, nguyên tổ có hạt nhân bền nhất, nghĩa chu trình phản ứng nhiệt hạch phải hồn tồn chấm dứt Hay ta hiểu ngơi khơng cịn tạo đủ lượng đê trì cầu trúc minh, rôi tự sụp đô lực hâp dân Nhưng ngơi có khối lượng lớn khoảng lần Mặt trời trở kết thúc vòng đời chúng theo cách ngoạn mục vụ nổ siêu tân tỉnh Đầu tiên, bên ngồi phồng lên thành siêu cầu khơng lồ màu đỏ Ở bên trong, lõi chịu tác dụng trọng lực co dần lại, co lại lõi nóng dày đặc Nhiệt độ lõi tăng lên đến 100 tỷ độ nguyên tử sắt bị nghiền nát với Lõi nén đến cực hạn bật ngược Năng lượng cú giật truyền đến lớp vỏ ngơi sao, phát nỗ tạo sóng xung kích Ngơi bắn hầu hết vật chất vào không gian, øIeo nguyên tô nặng vào thiên hà, đê lại tàn tích siêu tân tinh Hình 1: Vụ nỗ siêu tân tỉnh hình thành tỉnh vân Con Cua (Nguồn: NASA Goddard) Nhưng cịn lại ngơi chết để lại chí cịn đáng kinh ngạc hơn: khối cầu vật chất nặng từ 1,4 đến khoảng 2-3 lần khối lượng Mặt trời (theo giới hạn Chandrasekhar) bị ép lại đặc đến mức mà eÌlectron bị vào sâu hạt nhân, hợp với proton thành neufron: 1 1P†_¡€——>?gï†V Và neutron lại tiếp tục bị nén thành chất lỏng neutron siêu chảy (một trạng thái vật lí đặc biệt) Cái chết ngơi sinh neutrơn: vật thê đặc biết đến vũ trụ, loạt tính chất vật lí vật chất siêu đặc Hình 2: Ảnh ghép tia X cho thấy vị trí ngơi neutron tỉnh vân Cassiopeia A (ảnh chính) Khung ảnh nhỏ họa lớp SqO HGUHfrO' rÊH (N gquốn: NASA/CXCŒ/ UNAM/1lofe/D Page, P Shtcrnin) 1.1.2 Từ lùn trắng Các nhẹ trung bình hầu hết kết thúc đời đưới đạng lùn trắng Khối lượng lớn kích thước lùn trắng nhỏ có giới hạn Chandrasekhar (khoảng 1,4 lần Mu) mà vượt qua đó, áp suất suy thối electron khơng thể cân với lực hấp dẫn Có giả thuyết cho lùn trắng tiếp tục co nhỏ lại trở thành neutron trường hợp đặc biệt 1.2 Tiến hóa Neutron Vịng đời nặng đám mây bụi khí hấp dẫn hình thành tu Vận gu 2l iah đ00ffhdônHf0049f;DMflgRnôtiaweulôu ktnhii36 tô(s2n vững giá0lW điệp, Sao neutron lang thang vũ trụ kết vụ nổ siêu loại II, lớn giới hạn Chandrasekhar nhiều lần co lại đến mức tới hạn thành lỗ đen Eed Lpe rgian† n ự Ề Lãi chà) | mm ng ¬ # TH miar I-~ P Hình 3: Sơ tiến hóa nặng (Ngn: NASA/Supernovae) Bên cạnh, quan sát hệ đôi nơi neutron tương tác đồng hành quỹ đạo với khác Sao neutron hút vật chất từ người bạn đồng hành khiến ngơi nhẹ hơn, trở thành đĩa khí nóng ngày mở rộng bao quanh neutron Điều đồng nghĩa neutron ngày nặng hơn, vượt qua giới hạn Oppenheimer-Volkoff (TOV) khoảng lần khối lượng mặt trời, lực hấp dẫn tiếp tục thắng qua áp lực suy thối neuron Khi neutron dân co lại sụp đô thành lỗ đen -Hình 4: Mơ neutron hút vật chất từ đồng hành (Nguồn: NASA Goddard) Trong vũ trụ rộng lớn mà nhiều tồn dạng hệ đơi, phần nhỏ hình thành hệ neutron đơi, nơi hai neutron quay quanh nhanh ngày nhanh chúng sát lại gần Ngay trước va chạm, hai neutron chuyền động xoắn ốc kéo đài ép chặt không thời gian tạo sóng hấp dẫn liên tục truyền đến Trái đất Và chúng hợp thành neutron hay chí hỗ đen vụ nỗ kilonova đầy xạ 8amma Thuyết tương đối rộng Einstein dự đốn sóng hấp dẫn 100 năm trước, xác thực đến kiện năm 2017 nỗ ra, máy quan sát sóng hấp dẫn LIGO VIRGO nhận tín hiệu GW170817 va chạm hai neutron Các neutron chưa tiết lộ hết bí ấn chúng LIGO VIRGO nâng cấp đề có thê phát nhiều va chạm Điều giúp hiểu cách cầu nam châm xoay tít, phát xạ đặc giúp hiểu vũ trụ Hình 5: Mơ hệ neutron đơi va chạm phát sóng hấp dẫn (Ngn: European Southern Observafory) LỊCH SỬ KHÁM PHÁ 2.1 Các tiên đoán neutron Vào năm 1911, Ernest Rutherford giải thích thí nghiệm “bắn phá vàng” xây dựng nên mẫu nguyên tử Rutherford với giả thuyết khối lượng nguyên tử hầu hết tập trung vào hạt nhân nhỏ mang điện dương Đến năm 1919, Rutherford thực phản ứng hạt nhân nhân tạo tiếp tục tìm hạt hạ nguyên tử mang điện đương Proton Cũng từ đây, ơng đưa dự đốn hạt hạ nguyên tử khác neutron không mang điện proton cấu tạo thành hạt nhân Tuy nhiên, dự đoán ông bị bác bỏ dội nhà khoa học khác với quan niệm phải có electron hạt nhân giải thích phân rã 8” Rutherford không tán thành, ông tin việc giam giữ electron proton bên hạt nhân nhỏ xíu lực hút điện lớn khiến chúng hợp thành hạt trung hòa Năm 1932, James Chadwick, người học trò cộng Rutherford, tiếp tục thí nghiệm chùm hạt alpha bắn phá kim loại berylium khám phá hạt neutron hạt trung hịa điện có khối lượng proton chút Chính nhờ khám phá này, ơng trao giải Nobel Vật lí năm 1935 Trong thiên văn học, năm trước J.ChadwIck công bố hạt neutron báo tạp chí Nature, nghiên cứu sinh 23 tuổi Lev Landau viết ngơi có mật độ vật chất cao Landau tính tốn khối lượng tối đa lùn trắng (1932) muộn Chandrasekhar (1931) độc lập với ơng Landau suy đốn tổn nhỏ gọn lùn trắng chứa vật chất dày đặc mật độ vật chất hạt nhân ` Người ta thường liên hệ neutron với hạt neutron — thành phân chúng Khám phả Chadwicd đặt tảng cho hai nhà khoa học Walter Baade Fritz Zwicky suy luận lý thuyết neutron lúc họ tìm hiểu nguồn gốc siêu tân tỉnh, chết đột ngột sáng thiên hà vài ngày hay vài tuần ngắn ngủi Mà đến năm 1934, họ cho kết cuối siêu tân tính ngơi có khối lượng lớn chủ yếu neutron mật độ cao 2.2 Pulsar băng chứng tôn Neutron Năm 1939, R.Oppenheimer G.Volkoff suy phương trình mơ tả cấu trúc tĩnh đối xứng cầu thuyết tương đối rộng Bằng việc giả định neutron khối khí neutron lí tưởng mật độ cao dựa cơng trình nhà vật lí người Mỹ Richard Tolman, hai nhà vật lí tìm giới hạn Oppenheimer-Volkoff mang tên họ, giới hạn khối lượng mà neutron khơng vượt qua khơng muốn sụp đồ trở thành hồ đen Tại thời điểm đó, ý tưởng cho neutron lõi kềnh, nơi tập trung nguồn lượng trì hoạt động Tuy nhiên, phản ứng tổng hợp nhiệt hạch tìm hiểu tiết ý tưởng bị gạt bỏ Kết neutron dần bị cộng đồng thiên văn quên lãng suốt 30 năm Lý thường đưa để bác bỏ tồn neutron việc thê tích chúng nhỏ, xạ nhiệt dư chúng mờ để quan sát kính thiên văn quang học so sánh với thông thường Mãi đến năm 1964 — 1966, nhà thiên văn xem lại tài liệu neutron bàn giấy, đưa dự đốn việc neutron quay nhanh, thực mơ siêu tân tính sụp đồ lõi để lại neutron, chuẩn bị cho năm 1967, lúc Jocelyn Bell Antony Hewish phát xung vô tuyến từ đặt tên PSR B1919 + 211 Thuật ngữ 'pulsar' (sao xung) xuất lần đầu tờ Daily Telegraph Những năm sau đó, Gold đưa lập luận pulsar neutron quay với từ trường bề 0PhhiđÊnbÊu|Œh đàyMVãgisl) địa thuyền không đợt ciên nhập "eiWanlW0s di só "hộtvât thổ ơn định đáng kể Gold dự đoán chu kỳ xung tăng thêm chút lượng quay bị hao hụt xạ Ngay sau đó, dự đốn ông xác nhận phát chậm lại pulsar Con Cua Chính thành công lập luận thất bại mơ hình khác mà pulsar xem neutron quay có độ từ hóa cao, minh chứng cho tồn neutron khơng cịn lý thuyết 2.3 Các nghiên cứu nỗi bật neutron Kế từ năm 1968, có nhiều cơng trình lý thuyết để tìm hiểu đặc tính neutron Và neutron nhiều nhà thiên văn học ý vệ tỉnh UHURU phát xung tia X (“Xray pulsar”) vào năm 1971 Những nguôn cho đên từ neutron hệ đôi tích tụ vật chât từ ngơi đơng hành Băng chứng hình thành neutron vụ nô siêu cung câp xung Con Cua xung Vela vào cuôi mùa thu năm 1968, hai pulsar năm tàn tích siêu tân tính, điêu xác nhận dự đoán Baade ZwIcky Năm 1974, bước tiến xa lịch sử quan sát neutron thực Hulse Taylor phát hệ pulsar đôi PSR J1913 + 16, người sau biết đến Hulse-Taylor pulsar Hệ thống đơi hình thành hai neutron quay xung quanh khối tâm chung Trong năm 1980, 1990 2000, nhiều vệ tinh trang bị kính thiên văn tia X tia gamma đành cho việc quan sát neutron phóng lên vũ trụ nhiều vệ tinh khác phóng tương lai Năm 2010, Paul Demorest đồng nghiệp đo khối lượng pulsar millisecond PSR J1614-2230 1,97 + 0,04 khối lượng Mặt trời ăm 2017, máy thu sóng hấp dẫn LIGQ chạm của: ộ tín hiệ S TLCUtrOD HỘI tong Sử kiến dáng Chữ Š nhật trang W Ị Ồ SỬ nữ Tên cứu Sao: neutron CÂU TRÚC VÀ ĐẶC ĐIÊM CA SAO NEUTRON 3.1 Cấu trúc Ngôi neutron xây dựng từ trước lý thuyết, sau kiểm chứng tồn Vậy nên cầu trúc neutron xây dựng mơ hình tốn học khó quan sát trực tiếp Mơ hình neutron chia làm bốn phần: khí quyền, lớp phủ bề mặt, lớp vỏ lõi sao, DI Ho Q.2 EMVELFE HÀ 2-1) J1 /0545 L2 mg Hình 6: Mơ cáu trúc neMfron (Ngn: Page & Reddv/Magnetic fields in neutron sfars) Khí qun neutron có độ dày khơng đêu rât mỏng, dự đoán từ vài micromet đên [ centinet Do nhiệt độ bê mặt cực cao có thê lên đên vài triệu Kelvin, nguyên tử phân lớn Hydro Heli bị lon hóa thành trạng thái plasma, hạt nhân electron “bốc hơi” thành bầu khí quyên bao quanh neutron Lớp phủ bề mặt nhẫn bóng bầu khí qun, lực hấp dẫn cực lớn làm phẳng bề mặt ép hạt nhân lại gần nhau, đến mức mà lực điện Coulomb hạt khiến chúng xếp thành mạng tinh thể ốn định Lớp phủ dày khoảng 100m tập trung nhiều electron Ion Phần lớn vỏ neutron chất rắn đàn hồi, bao gồm mạng tỉnh thể Coulomb hạt nhân, electron suy biến chuyên động hỗn loạn chất khí tồn neutron tự đo Nhưng phía lõi, q trình hạt nhân bắt giữ electron xảy khiến số proton giảm lại neutron ngày nhiều Thêm vài trăm mét nữa, tỉ số neutron proton vượt giới hạn gọi “đường nhỏ giọt neutron”, hạt nhân trở nên bất ôn hình thành hạt nhân cách phân rã neutron Dần dần, khoảng không hạt nhân bị lấp đầy “khí neutron” mật độ vật chất lúc gấp nghìn tý lần Trái đất (p 10 g/cm)) Hình 7: Mơ cầu tạo lớp vỏ neuron (Nguồn: ScienceClic) Đền gân lớp tiêp giáp vỏ - lõi ngồi, thứ trở nên kì lạ hơn, “khí neutron” bắt đầu q trình chuyển pha Đồng thời áp lực cực mạnh ép hạt nhân hợp với thành cụm, cụm hợp với thành ống ống lại bị ép chặt thành lớp xếp chồng lên mà nhà khoa học gọi “nuclear pasta”, khởi đầu siêu lỏng neutron Như vậy, lớp vỏ dự đoán dày xấp xỉ Ikm chiếm 1% tổng khối lượng có mật độ vật chất ngày đậm đặc theo chiều sâu Lõi neutron với bán kính 10km chiếm gần 99% tổng khối lượng, chia thành lõi lõi Với mật độ khối lượng khoảng tỷ tắn/cm, người ta cho lõi neutron làm từ lớp chất neutron siêu lỏng siêu dẫn chứa đặc tính ảnh hưởng đến nhiệt độ từ trường Dựa vào lý thuyết, nhà khoa học đưa hai giả thuyết mô tả cấu trúc lõi neutron Một giả thuyết cho rằng, lõi cấu tạo từ hạt có khối lượng lớn muons hyperons Giả thuyết lại cho proton neutron hòa tan thành biên quark (plasma quark — gulon) Nhưng câu trúc lõi neutron bí ân với cộng đồng khoa học 3.2 Đặc điểm 3.2.1 Khối lượng kích thước Khối lượng neutron phải nằm hai giới hạn, giới hạn đưới Chandrasekhar 1,4 Me giới hạn Oppenhermmer-Volkoff từ 2-3 Me Tuy nhiên phép đo từ kiện va chạm năm 2017 cho ta rút ngắn giới hạn giá trị xác 2,17 Mạ Ngược lại với khối lượng lớn, neutron có kích thước nhỏ Mặt trời cầu có đường kính triệu kilomet ngơi neutron có đường kính vỏn vẹn 20-30 km lại nặng gấp đơi Mặt trời Hình Š: Minh họa kích thước neutron so với đảo ManhaHan (nguồn: NASA'S Goddard Space Flight Center) Thật vậy, phát xung J0740+6620 vào năm 2019 minh chứng cho khối lượng kích thước nói Ngơi neutron nặng biết đến cách ta 4600 năm ánh sáng với khối lượng 2,14 Ma, chạm sát giới hạn lại cô đặc cầu đường kính 25 km 3.2.2 Nhiệt độ Sự bùng nổ siêu tân tỉnh để lại neutron có nhiệt độ bề mặt lên đến hàng triệu độ C với trẻ, Mặt trời khoảng 6000°C, Đồng thời, nhiệt độ bề mặt dự đoán I-10% nhiệt độ lõi neutron Nhưng cầu tạo lõi neutron cịn bí ân nên đặc tính siêu dẫn lớp chất lỏng neutron từ trường làm thay đổi đáng kể kết dự đoán nhiệt độ lõi 3.2.3 Lực hấp dẫn Sao neutron có lực hâp dân rât mạnh lỗ đen chút, nêu đặc neutron trở thành lỗ đen Theo ước tính, lực hấp dẫn bề mặt lớn khoảng tỷ lần so với bề mặt Trái đất vật muốn thoát khỏi neutron phải di chuyển với vận tốc nửa vận tốc ánh sáng Chính khối lượng q lớn giam thê tích nhỏ, neutron bẻ cong khơng thời gian quanh theo thuyết tương đối rộng, đồng thời bẻ cong tia sáng quanh thành tượng thấu kính hấp dẫn cho phép nhà khoa học quan sát mặt sau ngơi Hình 9: Minh họa neutron bẻ cong ánh sáng quanh (Nguồn: NAS4) 3.2.4 Sự quay Tiện thân neutron siêu kênh thường tự quay quanh trục Khi đơt cạn lượng, ngơi có đường kính hàng triệu sô co dân lại, theo định luật bảo toàn moment động lượng cách vận động viên trượt băng thu tay lại để tăng tốc độ xoay, bán kính giảm khiến quay với tốc độ nhanh Khi vụ nỗ siêu tân tỉnh bùng phát, ngơi neutron có bán kính khoảng 10- 15 km giữ lại phần lớn moment động lượng ngơi ban đầu Điều nghĩa tốc độ quay neutron quanh trục lớn hàng chục nghìn lần tiền thân lên tới xấp xỉ 650 vòng/giây Nhưng tự quay chậm lại sau hàng tỷ năm neutron phát xạ lượng dạng sóng điện từ sóng hấp dẫn Một minh chứng cho chậm lại tần số pulsar Con Cua giảm 0,37 nano Hz giây HOẠT ĐỘNG VÀ TỪ TRƯỜNG CỦA SAO NEUTRON 4.1 Hoạt động từ trường Pulsar Hầu hết neutron tìm thấy dạng xung (pulsar) Pulsar neutron quay có xung xạ khoảng thời gian đặn, thường từ mili giây đến giây Do cấu tạo pulsar khơng hồn tồn hạt neutron, có tồn proton electron Vì thế, pulsar quay chúng tạo vùng từ trường vô lớn Các electron chuyên động từ trường tác dụng lực Lorentz bị đổi hướng phát xạ Synchrotron Cho đến neutron biết đến có trường lực từ mạnh - khoảng 10!” Tesla, riêng pulsar có từ trường gấp hàng nghìn tỷ lần từ trường Trái Đất chúng vừa tạo thành 10 spin axis DỊ Tà 1121019 J1 jj ——) Hình 10: Mơ hình thể từ trường pulsar (nguồn: NASA/Goddard Space Flight Center Conceptual Image Lab) Cũng giống Trái đất, từ trường pulsar không thiết thắng hàng với trục quay, chùm hạt xạ phát cực từ quét xung quanh quay Khi chùm tia quét qua chúng ta, thấy xung — nói cách khác, thấy xung bật tắt chùm tia quét qua Trái đất : Netrtrnn LOAN F hs F006 CC VN l2 2 LẠ CÓ, chân Nanh tmaiifetic pale KG Dài HAI J5)1 Ci0g tx Hình l1]: Mơ hình trực quan “ngọn hải đăng” pulsar (Ngn: Michael Kramer - Đại học Manchester, Tony Hisgett) Ta tưởng tượng pulsar giống hải đăng Vào ban đêm, hải đăng phát tia sáng quét ngang bầu trời Mặc dù tia sáng chiếu sáng liên tục, nhiên nhìn thấy chùm sáng chiếu thăng hướng đến ta 4.2 Hoạt động từ trường từ: Sao từ ngơi neufron có từ trường cực mạnh Từ trường từ mạnh Trải đất triệu tỷ lần (1013) mạnh từ 100 đến 1000 lần so với neutron thông thường, khiến chúng trở thành vật thể có từ tính lớn biết đến Chúng hình thành giống tất neutron khác, thông qua sụp đồ lõi lớn vụ nỗ siêu tân tỉnh Nhưng ta xác điều kiện khiến gl4.Wtá?tW2 [0y thuyÊ 0166100800096 dN†'E R6 V660 a0f6gpgnh vậy, sô II Lớp vỏ tất neutron ràng buộc với từ trường để thay đôi tác động đến từ trường Lớp vỏ neutron thường chịu áp lực lớn, với thay đơi nhỏ lớp vỏ gây nỗ Nhưng lớp vỏ từ trường bị ràng buộc với nên vụ nỗ gây gợn sóng tử trường Trong từ, với từ trường khơng lỗ nó, chuyền động lớp vỏ làm cho ngơi neutron giải phóng lượng lớn lượng dạng xạ điện từ Một từ có tên SGR 1806-20 nỗ tung phần mười giây, khoảnh khắc giải phóng lượng nhiều mặt trời phát trăm nghìn năm qua (Nguồn: Nhi ‹ cha lở ly f G39 fessin ger) Ranh giới phân chia từ với pulsar thật mong manh, vào năm 2006 nhà thiên văn học phát từ XTE J1810-197 lại xem pulsar vô tuyến Từ trường phát có bước sóng vùng vơ tuyến đến mm có chu kỳ xung thay đổi nhanh chóng Thơng thường pulsar vơ tuyến có chu kỳ xung Ôn định xung vô tuyến từ XTE 1810-197 thay đổi nhiều ngày sang ngày khác tắt dần MỘT SỐ SAO NEUTRON (PULSAR) QUAN TRỌNG TRONG LỊCH SỬ Pulsar tìm thấy PSR B1919+21 Jocelyn Bell Atony Hewish chứng minh pulsar neutron quay Hình 13: Biểu đô Jocelyn Bell Burnell kiểm tra vào tháng năm 1967 với liệu từ kính thiên văn vô tuyển Acre Array, cho thấy dấu vết xung đấu tiên PSR B1919 + 21 12 Pulsar biết đến nhiều pulsar Con Cua tạo thành Tĩnh vân Con Cua, vật thể nghiên cứu kĩ lưỡng vũ trụ Xung gần tồn quang phổ điện từ, từ sóng vơ tuyến đến tỉa gamma Hình l4: Pulsar Con Cua với ảnh sáng tỉa X (Nguôn: NASA/Five Famous Pulsars from the Past 50 Years) Pulsar gamma sáng nằm tỉnh vân Tarantula cách ta 163000 năm ánh sáng, PSR J0540-6919 chiếu tia gamma sáng gần 20 lần so với xung tìm thấy Tỉnh vân Con cua Hình 15: Tỉnh vân Tarantula (Nhện đỏ) chụp Kính viễn vọng khơng gian tia gamma Femmi (Ngn: NASA/Five Famous Pulsars from the Past 50 Years) Các nhà thiên văn học khám phá pulsar có hai “tính cách” Vào năm 2013, pulsar đặc biệt quay nhanh gầy khó khăn việc đặt tên Một đội kính thiên văn vệ tinh tia X, bao gồm đài quan sát Swift Chandra Nasa, bắt IGR J18245-2452 chuyển đổi việc tạo tia X sóng vơ tuyến Các nhà khoa học nghi ngờ chuyên đổi có thê dịng khí lên xng đồng hành tác động vào pulsar 13 Hình l6: Minh họa pulsar hai “tính cách” IGR.JI6245-2452 NASA Pulsar biến quang phát vào năm 2013, Kính viễn vọng khơng gian tia gamma Fermi NASA phát xung khác, PSR J1023 + 0038, ảnh hưởng đồng hành, xung có thay đổi Đèn hiệu vơ tuyến biến pulsar sáng lên gấp lần tia gamma, thê bật cơng tắc để tăng lượng hệ thống Hình 17: Minh họa pulsar biển quang PSR J1023 + 0038 NASA SỨ MẸNH NICER 6.1 Giới thiệu sơ lược NICER NICER (Neutron Star Interior Composition Explorer - khám phá cấu tạo bên neutron) mắt vào năm 2016, kết hợp tác nhiều quan: NASA, học viện cơng nghệ Massachusetts, phịng thí nghiệm nghiên cứu hải quân nhiều trường đại học toàn nước Mỹ Canada NICER kính viễn vọng gắn ngồi có kích cỡ tủ lạnh, trang bị 56 gương phát xạ tỉa X phát silicon gắn vệ tỉnh SpaceX CRS-1I Hình 18: Ảnh chụp NICER (Nguồn: NAS4) NICER công cụ giúp nhà khoa học kiểm chứng nhiều mơ hình lý thuyết câu tạo neutron quan sát thực nghiệm, để từ khám phá trạng thái kỳ lạ vật chất bên neutron 14 Đồng thời, NICER giúp nhà khoa học biểu diễn điều hướng tia X không gian cách thu thập tia X tử trường lực từ neutron, pulsar từ điểm nóng hai cực từ chúng Sứ mệnh NICER dự kiến kéo dài 18 tháng nhiệm vụ tháng dành cho nhiệm vụ phụ, phóng lên vũ trụ vào ngày tháng năm 2017 lúc 17:07 EDT tên lửa SpaceX Falcon để hoạt động trạm không gian ISS 6.2 Kết nghiên cứu NICER Kết NICER công bố neutron đăng The Astrophysical Journal Letters vào ngày tháng Š năm 2018 Các nhà khoa học phân tích đữ liệu từ sứ mệnh NICER tìm thấy hai ngơi quay quanh sau 38 phút Một hai hệ đôi ấy, gọi IGR J17062-6 143 (viết tắt J17062), có siêu nặng quay nhanh xác định pulsar Cặp tìm thấy có chu kỳ quỹ đạo ngắn biết đến hệ đôi pulsar Dữ liệu từ NICER cho thấy J17062 đồng hành cách khoảng 186000 đặm (300000 km), ngắn khoảng cách Trái đất Mặt trăng Dựa chu kỳ quỹ đạo phân tách cặp sao, nhà khoa học cho thứ hai lùn trắng nghèo Hydro Kết thu cho thấy xung tia X lặp lại 163 lần giây Các xung đánh dấu vị trí điểm nóng xung quanh cực từ xung, chúng cho phép nhà nghiên cứu xác định tốc độ quay Do đó, xác định pulsar J17062 quay với tốc độ khoảng 9800 vòng/phút Nghiên cứu hệ đôi xoay quanh theo quỹ đạo trịn Ngơi lùn Hãng HịI§hiRe IilanBPE,+ FN Kf f8 ch âlĐP0l0U402n01f6.12Lf60npf80Ausý 0641N fPdi cỏch pulsar khong 1900 đặm (3000 km) Nhà khoa học Strohmayer cho biết gần giống thể lùn trắng quay quanh pulsar đứng yên, NICER đủ nhạy để phát dao động nhỏ phát xạ tỉa X xung lực kéo từ lùn trắng 15 LỚI KẾT Tóm lại, neutron thiên thê nặng nhỏ đề quan sát mắt thường Điều giải thích cho việc lực hấp dẫn tốc độ quay lớn Đôi neutron xem vật thể có từ tính lớn vũ trụ Tuy nhiên, cầu tạo nhiệt độ lõi cịn bí ấn Một ngơi neutron thực tập hợp điều kiện khắc nghiệt mà khơng phịng thí nghiệm Trái đất có thê tái Trong viết này, nhóm chúng tơi phần giải thích số nội dung nguồn sốc, Sự tiễn hóa, lịch sử nghiên cứu, cầu trúc, đặc điểm hoạt động từ trường neutron Bên cạnh đó, nhóm mở rộng cập nhật thơng tin neutron nỗi bật nghiên cứu đại neutron Nhóm chúng tơi mong tiểu luận có thê giải đáp phần thắc mắc vấn đề liên quan đến thiên văn học nói chung neutron nói riêng Tuy nhiên kiến thức vũ trụ vơ hạn, khám phá chưa dừng lại Vì vậy, chúng tơi mắc phải vài thiếu sót q trình thực tiểu luận thời gian, kiến thức nguồn tài liệu tham khảo hạn chế Nhóm chúng tơi mong muốn nhận đóng góp đề xuất chỉnh sửa giảng viên bạn sinh viên đề từ có thê giúp tiểu luận có thê hồn chỉnh Cuối cùng, nhóm chúng tơi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới thầy Nguyễn Thành Đạt, giảng viên phụ trách học phần Thiên văn học đại cương đưa gợi ý hệ thống kiến thức vô quan trọng giúp chúng tơi hồn thành tiêu luận Nhóm chúng tơi xin gửi lời cảm ơn tới đóng góp ý kiến q thầy bạn đọc l6 TÀI LIỆU THAM KHẢO HJ A.G.W Cameron, “Neutron stars”, Anmu Rev Asfro 4sfrophys, 1970 [2] Damiele Viganò, “Magnetic fields In neutron stars”, 2013 [3] Trần Quốc Hà, “Thiên văn học đại cương”, 2003 [4| Menezes Débora Peres, “A neutron star 1s born”, 2021 [Š] Kazimm Yavuz Eksi, “Neutron stars: Compact obJects with relatIvistic gravity”, Turkish Journal oƒ Phys¡ics, 2016 [6] R Thomas, W Anna, R Paul, “A NICER View of the Massive Pulsar PSR J0740+6620 Informed by Radio Timing and XMM-Newton Spectroscopy”, 7e Astrophysical.Journal Leffers, 2021 [7] Al#ed B.Bortz, Trần Nghiêm dịch, “Lịch sử vật lí ki 20”, 2010 [8| https://magine.gsfc.nasa.gov/sclence/obJects/neutron_starsl.html [9] https://1magine.gsfc.nasa.gov/science/obJects/supernovae I.html [10] https://nasa.tumblr.com/post/163637443034/five-famous-pulsars-from-the-past-50-years [II] https:/www.atnf.csiro.au/outreach/education/everyone/pulsars/index.html [12] https:/⁄⁄astronomy.swin.edu.au/cosmos/M/Magnetar [13] https:/⁄astronomy.swin.edu.au/cosmos/P/Pulsar [14] https:/⁄astronomy.swin.edu.au/cosmos/N/Neutron+Star [1Š] https://www.ted.com/talks/david_lunney_the_life cycle of a neutron_ star/ [16] https:/www.youtube.com/watch?v=udFxKZRyQt4 [17] https:/www.youtube.com/watch?v=ow9JCXyIQdY [1S] https:/www.youtube.com/watch?v=oLoLey7512k [19] https:/www.voutube.com/watch?v=oLoLey7512k&@&t=330s [20] https://www.youtube.com/watch?v=pLIvJAoDrTg 17 ... SỰ tiến hóa neutron Hai là, lịch sử nghiên cứu neutron Ba là, cầu trúc đặc điểm Bôn là, hoạt động từ trường neutron 1 NGN GĨC VÀ SỰ TIỀN HÓA CÚA SAO NEUTRON 1.1 Nguồn gốc hình thành Neutron 1.1.1... trang W Ị Ồ SỬ nữ Tên cứu Sao: neutron CÂU TRÚC VÀ ĐẶC ĐIÊM CA SAO NEUTRON 3.1 Cấu trúc Ngôi neutron xây dựng từ trước lý thuyết, sau kiểm chứng tồn Vậy nên cầu trúc neutron xây dựng mơ hình tốn... trường Pulsar Hầu hết neutron tìm thấy dạng xung (pulsar) Pulsar ngơi neutron quay có xung xạ khoảng thời gian đặn, thường từ mili giây đến giây Do cấu tạo pulsar khơng hồn tồn hạt neutron, có tồn