Một nghiên cứu do Giáo sư Fan Yizhong dẫn đầu từ Đài quan sát Núi Tím thuộc Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc đã đạt được độ chính xác đáng kể trong việc xác định giới hạn khối lượng trên đối với các sao neutron không quay, một khía cạnh then chốt trong nghiên cứu vật lý hạt nhân và vật lý thiên văn.
Đường màu đỏ biểu thị sự phân bố khối lượng phù hợp nhất, tức là hỗn hợp Gaussian hai thành phần có mức cắt rõ ràng là M max = 2,28M⊙, trong số 136 sao neutron có phép đo khối lượng hấp dẫn. Ở đây, chúng tôi lấy 1.000 mẫu sau độc lập (các đường màu xám) để đưa ra hướng dẫn trực quan về độ không đảm bảo. Hình nhỏ hiển thị P(M max ), phân phối sau của M max . Nguồn: Đánh giá vật lý D (2024). DOI: 10.1103/PhysRevD.109.043052
Các nhà nghiên cứu đã chỉ ra rằng khối lượng hấp dẫn tối đa của một sao neutron không quay là xấp xỉ 2,25 khối lượng mặt trời với sai số chỉ bằng 0,07 khối lượng mặt trời. Nghiên cứu của họ được công bố trên tạp chí Physical Review D.
Số phận cuối cùng của một ngôi sao lớn có mối liên hệ phức tạp với khối lượng của nó. Các ngôi sao nhẹ hơn 8 lần khối lượng Mặt Trời kết thúc vòng đời của chúng dưới dạng sao lùn trắng, được hỗ trợ bởi áp suất thoái hóa electron với giới hạn khối lượng trên nổi tiếng, giới hạn Chandrasekhar, gần bằng 1,4 khối lượng Mặt Trời.
Đối với những ngôi sao nặng hơn 8 lần nhưng nhẹ hơn 25 lần khối lượng Mặt Trời, các sao neutron sẽ được tạo ra, thay vào đó, chúng chủ yếu được duy trì bởi áp suất thoái hóa neutron. Đối với các sao neutron không quay, còn có một khối lượng hấp dẫn tới hạn (tức là MTOV) được gọi là giới hạn Oppenheimer, trên đó sao neutron sẽ sụp đổ thành một lỗ đen.
Việc thiết lập giới hạn Oppenheimer chính xác là khá khó khăn. Chỉ có thể thiết lập các giới hạn lỏng lẻo dựa trên nguyên tắc đầu tiên. Nhiều đánh giá cụ thể phụ thuộc rất nhiều vào mô hình. Kết quả MTOV rất đa dạng và độ không chắc chắn lớn.
Nhóm của Giáo sư Fan đã cải tiến suy luận về MTOV bằng cách kết hợp các quan sát mạnh mẽ về nhiều tín hiệu và dữ liệu vật lý hạt nhân đáng tin cậy, tránh được những sai số có trong các mô hình trước đó. Điều này bao gồm việc tận dụng những tiến bộ gần đây trong phép đo khối lượng/bán kính từ máy dò sóng hấp dẫn LIGO/Virgo và Máy khám phá thành phần bên trong sao neutron (NICER).
Đặc biệt, họ đã kết hợp thông tin về ngưỡng khối lượng tối đa được suy ra từ sự phân bố khối lượng của sao neutron và thu hẹp đáng kể không gian tham số, dẫn đến độ chính xác chưa từng có trong MTOV được suy ra. Ba mô hình tái thiết phương trình trạng thái (EoS) đa dạng đã được sử dụng để giảm thiểu các lỗi hệ thống tiềm ẩn, mang lại kết quả gần như giống hệt nhau cho MTOV và bán kính tương ứng, là 11,9 km với độ không đảm bảo 0,6 km trong ba phương pháp tái thiết EoS độc lập.
Việc đánh giá chính xác MTOV mang lại ý nghĩa sâu sắc cho cả vật lý hạt nhân và vật lý thiên văn. Nó chỉ ra một EoS có độ cứng vừa phải đối với vật chất sao neutron và gợi ý rằng các vật thể nhỏ gọn có khối lượng trong khoảng từ 2,5 đến 3,0 khối lượng mặt trời, được LIGO/Virgo phát hiện, có nhiều khả năng là các lỗ đen nhẹ nhất. Hơn nữa, tàn dư sáp nhập của các hệ sao neutron đôi vượt quá tổng khối lượng khoảng 2,76 lần khối lượng mặt trời sẽ sụp đổ thành lỗ đen, trong khi các hệ sao nhẹ hơn sẽ dẫn đến sự hình thành các sao neutron (siêu khối lượng).
Mời đối tác xem hoạt động của Pacific co.ltd:
Fanpage: https://www.facebook.com/Pacific-Group
YouTube: https://www.youtube.com/@PacificGroupCoLtd
