Vn-Z.vn Ngày 07 tháng 06 năm 2023, Hiện tại, chưa có bằng chứng thuyết phục nào cho thấy rằng có sự tồn tại của nền văn minh ngoài hành tinh trong vũ trụ. Tuy nhiên, với sự phát triển của khoa học và công nghệ hiện đại, chúng ta đang tìm kiếm và nghiên cứu để có thể phát hiện được tín hiệu từ các nền văn minh khác trong vũ trụ. Chẳng hạn, các chương trình SETI (Tìm kiếm thông tin đối ngoại) đã được thực hiện để tìm kiếm các tín hiệu từ các nền văn minh ngoài hành tinh. Mặc dù chưa có bằng chứng cụ thể, việc tìm kiếm sự hiện diện của các nền văn minh khác trong vũ trụ vẫn là một lĩnh vực nghiên cứu thú vị và hứa hẹn trong tương lai.
Vào ngày 6 tháng 8 năm 1967, Jocelyn Bell đang quan sát dải sóng vẽ trên một tờ giấy chuyển động - đó là dữ liệu nghiên cứu luận án tiến sĩ mà cô đã thu thập được từ kính viễn vọng vô tuyến quang để quan sát các hệ thống ngôi sao. Cô đã chú ý đến một sóng vẽ trông rất kỳ lạ.

Hiện nay, Jocelyn Bell là giáo sư khách mời vật lý thiên văn tại Đại học Oxford, và cô cho biết đó là một "đỉnh sóng nhỏ". Đỉnh sóng này là một chuỗi các xung sắc nét cách nhau 1,3 giây. Jocelyn Bell tiếp tục quan sát nó trong vài đêm tiếp theo.

Trong vài tháng tiếp theo, Jocelyn Bell, người hướng dẫn tiến sĩ của cô Antony Hewish và một số đồng nghiệp đã giữ kín thông tin về phát hiện này, đồng thời kiểm tra tất cả các tùy chọn có thể, đặc biệt là xem đó có thể là tín hiệu thông tin từ trí tuệ ngoài hành tinh hay không. Jocelyn Bell nhớ lại đùa cợt rằng trong nửa năm trước khi bảo vệ luận án của mình, một nhóm người ngoài hành tinh đã liên lạc với trái đất và "bắt cóc "dự án tiến sĩ của cô, nhưng cô không thấy hứng thú với khả năng đó.

Ngày 21 tháng 12, trước khi đi nghỉ mát, Jocelyn Bell đã kiểm tra dữ liệu một lần nữa và phát hiện ra một sóng vẽ khác, đến từ cùng một vùng trên Dải Ngân hà như tín hiệu đầu tiên. Điều này khiến cô cảm thấy nhẹ nhõm: không thể có một nhóm người ngoài hành tinh khác cũng đang gửi tín hiệu vào cùng thời điểm từ một vùng trời khác. Các xung này chắc chắn đến từ một vật thể mới, chưa được biết đến.

Tuy nhiên, nhận thức này cũng không đáng tin cậy hơn việc tìm thấy sự tồn tại của trí tuệ ngoài hành tinh. Các xung rất ngắn chỉ đồng nghĩa với một thiên thể nhỏ, khoảng một phần mười giây ánh sáng, không lớn hơn nhiều so với Trái Đất. Tuy nhiên, sự đều đặn cực kỳ của các xung chỉ ra rằng nó có một lượng năng lượng khổng lồ tích trữ, cho thấy vật thể này lý thuyết là phải rất lớn. Sau khi phát hiện được công bố, một nhà báo khoa học Anthony Michaelis đã đặt cho vật thể mới này một biệt danh rộng rãi được biết đến: sao rung.

Với bán kính nhỏ và khối lượng lớn, Jocelyn Bell, Antony Hewish và các đồng nghiệp của họ cho rằng nó là một thiên thể được các nhà lý thuyết gọi là sao neutron. Đến ngày nay, các nhà vật lý thiên văn vẫn chưa biết chính xác điều gì xảy ra bên trong các thiên thể này. Tuy nhiên, vào mùa hè năm ngoái, một bài báo đáng chú ý đã được đăng trên Tạp chí Thần Kinh Vật Lý Học, Jocelyn Bell và các đồng nghiệp của cô đã báo cáo về một sao neutron nặng nhất được biết đến, nặng gấp 2,35 lần so với Mặt Trời. Mặc dù không phải ai cũng chấp nhận quan sát này, nhưng nó vẫn trong phạm vi hợp lý.

Các nhà khoa học đã công nhận rằng sao neutron nặng nhất được biết đến có khối lượng gấp 2,08 lần khối lượng của Mặt Trời, và còn có một vài sao neutron có khối lượng vượt quá 2 lần khối lượng của Mặt Trời - nặng hơn những gì mà một số nhà lý thuyết nghĩ là có thể. Điều này khiến họ phải suy nghĩ lại về những gì sẽ xảy ra khi vật chất đạt đến giới hạn.

Để "nén" khối lượng của Mặt Trời, có đường kính 1,4 triệu km, vào một vật chất chỉ có đường kính 20 km, chúng ta sẽ có được một sao neutron. Nó là vật thể mật độ cao nhất được biết đến được tạo thành từ vật chất thông thường, chỉ chênh lệch một chút so với lỗ đen. Trong Dải Ngân hà của chúng ta, có thể có hàng tỉ sao neutron.

Nén một ngôi sao về kích thước của một thành phố, ngay cả đối với các lực cơ bản của tự nhiên cũng không phải là điều dễ dàng. Vật chất có xu hướng chống lại sự nén ép, đó là lý do tại sao các hành tinh và ngôi sao thường không sụp đổ dưới trọng lực của chính nó. Khi một ngôi sao thông thường đủ lớn, nặng từ 8 đến 15 lần so với Mặt Trời và bị nén ép đến mật độ cực đại khi sử dụng hết chất nhiên liệu hạt nhân, một sao neutron sẽ được hình thành. Lớp ngoài cùng của ngôi sao bị phóng ra vào không gian sau khi siêu tân tinh nổ, trong khi lõi còn lại trở thành một sao neutron.

Các nhà vật lý học cho rằng sao neutron tương tự như một quả trứng, có vỏ (vỏ bên ngoài), vỏ ngoài (trắng trứng) và hạt nhân (đỏ trứng). Vỏ bên ngoài bao gồm hạt nhân sắt vì sắt là phần cuối cùng của quá trình hợp nhất hạt nhân. Nếu đi sâu vào bên trong sao neutron, áp suất sẽ tăng lên không ngừng. Các hạt nhân (bao gồm proton và neutron) sẽ được ép lại với nhau, biến thành những hình dạng kỳ quặc.

Trong vỏ ngoài, hạt nhân sắt phân hủy thành proton và neutron. Tuy nhiên, proton không thể tồn tại lâu dài. Chúng kết hợp với electron để tạo thành nhiều neutron hơn. Quá trình này tạo ra một loại chất lỏng được tạo thành từ các hạt neutron, được gọi là "súp neutron". Nó không phải là loại chất lỏng thông thường, mà là một loại siêu chất lỏng vi phân, một loại chất lỏng có đặc tính siêu dẫn. Nếu bạn đặt một số siêu chất lỏng trên trái đất trong một cốc đong, nó sẽ leo lên theo thành cốc!

Đến nay, mặc dù thành phần vật chất của sao neutron rất kỳ lạ, nhưng nó vẫn hoàn toàn trong phạm vi điều kiện mà các nhà vật lý thường nghiên cứu trong phòng thí nghiệm. Tuy nhiên, khi đi sâu hơn vào trong lõi, nơi đó là một bí ẩn hoàn toàn. Lõi của sao neutron còn dày đặc hơn cả hạt nhân nguyên tử. Các nhà lý thuyết không biết liệu các hạt neutron ở đó vẫn còn nguyên vẹn, hay chúng đã phân hủy thành các hạt nhỏ hơn - quark. Lý thuyết cho thấy rằng áp suất cực thấp và áp suất siêu cao có thể dẫn đến hình thành một trạng thái gel quark, một loại chất lỏng với hạt nhân mới gọi là quark. Tuy nhiên, điều này vẫn chưa được chứng minh hoàn toàn và vẫn là một lĩnh vực nghiên cứu đang tiếp tục được các nhà khoa học quan tâm.

Thật đúng là khó tưởng tượng được làm thế nào để nghiên cứu một vật chất cực độ này, khi vật chất đó đang ở bên bờ sụp đổ trở thành lỗ đen. Tuy nhiên, tiến bộ đáng kinh ngạc có thể được đạt được chỉ bằng cách xem xét hai con số: kích thước và khối lượng của một ngôi sao neutron. Hai con số này phản ánh sự nén được của vật chất trong lõi.

Để mô tả sự nén được này, các nhà vật lý đã đề xuất một phương trình trạng thái được gọi là phương trình trạng thái, liên quan đến mật độ và áp suất. Có nhiều mô hình khác nhau đề xuất các thành phần khác nhau, và mỗi mô hình - mỗi phương trình trạng thái - dự đoán một mối quan hệ cụ thể giữa kích thước và khối lượng của ngôi sao neutron. Đối với một mật độ cho trước, ngôi sao neutron càng nặng, áp suất càng phải cao.

Các nhà thiên văn học có một loạt các kỹ thuật để đo lường khối lượng của các ngôi sao neutron, trong đó một trong những phương pháp tốt nhất là thông qua định thời xung: đo lường tính chất định kỳ của các xung trên thang thời gian kéo dài hàng năm hoặc thậm chí hàng thập kỷ. Tuy nhiên, đo lường bán kính của một ngôi sao neutron còn khó khăn hơn nhiều.

Các nhà khoa học đang tiếp cận vấn đề này từ nhiều góc độ, kết hợp lý thuyết hạt nhân với dữ liệu quan sát từ sóng hấp dẫn, các xung phát radio và tia X. Dữ liệu tia X là một bước phát triển mới đáng chú ý, đến từ thiết bị Neutron Star Interior Composition Explorer (NICER) do NASA lắp đặt trên Trạm Vũ trụ Quốc tế vào năm 2017. Achim Schwenk, một nhà nghiên cứu tại Đại học Kỹ thuật Darmstadt, nói khi phân tích dữ liệu NICER: "Nếu trong lõi có chất khác với neutron và proton, quan sát ngôi sao neutron là cơ hội tốt nhất để nhìn thấy dấu vết của nó."


Khi một ngôi sao neutron nằm trong một hệ thống sao đôi, chuyển động của ngôi sao neutron và ngôi sao đồng hành của nó đều rất nhạy cảm đối với khối lượng của hai vật thể này. Một trong hai vật thể là một thước đo khối lượng của vật thể kia và ngược lại. Một phương pháp khác là nghiên cứu mức độ biến dạng của ngôi sao neutron trong khi va chạm với một ngôi sao neutron khác. Biến dạng này cho chúng ta biết đến mức độ khó khăn khi ngôi sao neutron bị nén bởi lực triều khi một ngôi sao neutron khác tiến đến gần.

Năm 2017, hai máy phát hiện sóng hấp dẫn - LIGO của Hoa Kỳ và Virgo của Ý - đã phát hiện ra những ripples nhỏ bé trong thời gian không gian, tạo ra một cột mốc lịch sử. Những ripples này được tạo ra bởi sự va chạm của hai ngôi sao neutron gây nên sự xáo trộn trong cấu trúc của vũ trụ. Vừa mới đây, khi các nhà thiên văn học nghiên cứu hậu quả của sự kiện này, họ phát hiện ra rằng những mảnh vụn ban đầu, tức "một cụm bóng chứa nhiều kim loại nặng", lại cân đối hơn so với dự đoán ban đầu.

Thông qua nhiều kỹ thuật khác nhau, các nhà lý thuyết đã dần loại bỏ các ứng cử viên cho phương trình trạng thái của ngôi sao neutron. Việc phát hiện một ngôi sao neutron có khối lượng lớn hơn gấp đôi mặt trời cho thấy chất lỏng bên trong lõi không thể giống như thạch dẻo - nó phải rất cứng để chịu được khối lượng đó. Tuy nhiên, biến dạng được đo lường bởi LIGO và Virgo cho thấy phương trình trạng thái không quá cứng.

Tuy nhiên, chỉ dựa trên quan sát thiên văn là không đủ. Như các nhà nghiên cứu tại Đại học Florida State, Jorge Piekarewicz cho biết, mật độ trong lõi của ngôi sao neutron có phạm vi rất lớn, từ khoảng một nửa mật độ nhân nguyên tử đến khoảng năm đến sáu lần mật độ đó - tạo thành một "bậc thang mật độ" bên trong các ngôi sao. Jorge Piekarewicz và những người khác phải sử dụng các phương pháp lý thuyết khác nhau để mô tả các tầng khác nhau của ngôi sao neutron: vỏ, lõi, v.v. Không có một kỹ thuật đơn lẻ nào có thể xác định toàn bộ phương trình trạng thái. Do đó, nghiên cứu phải là đa ngành. Piekarewicz nói: "Điều này cung cấp sự tương tác độc đáo cho nhiều lĩnh vực, nhằm hiểu cấu trúc của vật liệu trong điều kiện mà phòng thí nghiệm trên Trái Đất không thể sao chép được".

Các thí nghiệm vật lý hạt nhân có thể tiến sát điều kiện này. Một phương pháp là sử dụng gia tốc hạt để va chạm các hạt nhân nặng như vàng, chẳng hạn như gia tốc đồng bộ Schwerionenforschung (GSI) tại Trung tâm Nghiên cứu Ion nặng tại Helmholtz của Đức. Các va chạm này mô phỏng quá trình hợp nhất của ngôi sao neutron trên tỷ mét. Chúng nén chất liệu lên một vài lần mật độ nhân nguyên tử, mô phỏng điều kiện vỏ ngoài và lõi bên trong. Theo Schwenk, thông tin về phương trình trạng thái trong các va chạm này rất khớp với ràng buộc vật lý thiên văn.

Dưới mật độ này, chi tiết của các hạt phân tử nhỏ sẽ có sự khác biệt lớn. Thường cho rằng neutron và proton có kích thước tương tự nhau, tuy nhiên, trong nhân nguyên tử có số lượng neutron lớn hơn số lượng proton thì sự khác biệt nhỏ - neutron có một lớp vỏ bổ sung, hay nói cách khác là "da". Piekarewicz và đồng nghiệp cho rằng, lớp da càng dày thì áp lực do neutron tạo ra càng lớn, dẫn đến ngôi sao neutron càng lớn cho một khối lượng nhất định. Một nhóm thí nghiệm dẫn đầu bởi Kent Paschke của Đại học Virginia đã đo lường lớp da của neutron tại phòng thí nghiệm Jefferson ở Newport News, Virginia để xác minh lý thuyết này.

Tuy nhiên, kết quả lại đưa đến một sự bất ngờ mới. Thí nghiệm tại phòng thí nghiệm Jefferson đã chỉ ra rằng vật liệu trong ngôi sao neutron rất cứng, cứng hơn so với những gì được ngầm hiểu từ quan sát sóng hấp dẫn. Nếu cả hai đều đúng, thì sẽ có một nghịch lý. Điều này có thể có nghĩa là đã xảy ra một số sự thay đổi bất ngờ bên trong ngôi sao neutron - có thể là một sự chuyển tiếp sang một trạng thái mới, biến quark-gluon plasma thành một thứ gì đó kỳ lạ hơn. "Nếu kết quả cứng - mềm - cứng này được xác nhận, điều đó cho thấy có thể có sự chuyển tiếp bên trong ngôi sao neutron", Piekarewicz nói, "Còn việc chuyển tiếp đó là chuyển sang quarks, siêu hạt hay thứ gì khác thì vẫn còn quá sớm để kết luận."

Những "mảnh vụn" kỳ lạ mà Jocelyn Bell phát hiện vào một đêm hè năm 1967 đã thay đổi vĩnh viễn ngành thiên văn học. Nó mở ra một cửa sổ cho chúng ta để nhìn thấy vật chất cực đoan nhất trong vũ trụ. Ngôi sao neutron có thể không phải là người ngoài hành tinh, nhưng việc tìm kiếm thành phần của chúng cũng rất hấp dẫn.