TIẾNG CHÍP CỦA MỘT SIÊU TÂN TINH ĐÃ ĐẢO CHIỀU, ĐÚNG HẸN

Các siêu tân tinh siêu sáng (superluminous supernovae) sáng hơn những siêu tân tinh thông thường ít nhất mười lần. Điều gì cung cấp năng lượng cho chúng vẫn là một câu hỏi mở. Một ý tưởng hàng đầu là một sao từ (magnetar) mới sinh: một sao neutron quay rất nhanh, trút năng lượng quay của nó vào các mảnh vụn của vụ nổ. Động cơ đó lẽ ra phải khiến ánh sáng mờ dần một cách đều đặn sau khi đạt đỉnh. Thế nhưng 50 đến 70% các siêu tân tinh này cho thấy những chỗ nhô trong đường cong ánh sáng. Hai cách giải thích cạnh tranh nhau: một động cơ chập chờn, hoặc các mảnh vụn va vào những lớp vỏ khí mà ngôi sao đã thải ra trước đó.

Siêu tân tinh đầu tiên phát ra tiếng chíp

SN 2024afav được phát hiện vào tháng 12 năm 2024, cách chúng ta khoảng 327 megaparsec. Trong một bài báo trước, Joseph Farah, Logan Prust và các đồng nghiệp đã cho thấy các chỗ nhô của nó ngày càng sát lại gần nhau: khoảng thời gian giữa chúng giảm từ khoảng 39 ngày xuống 17 ngày, giữa ngày thứ 99 và ngày thứ 166 sau vụ nổ. Giống như tiếng chim hót cao dần, nó phát ra tiếng chíp (chirp) — siêu tân tinh đầu tiên được biết là làm vậy.

Lời giải thích của họ: một đĩa khí nghiêng đang rơi ngược trở lại sao từ, lắc lư như một con quay, làm ánh sáng lúc tăng lúc giảm. Nhưng mô hình có nhiều núm vặn — tốc độ quay của ngôi sao, từ trường của nó, cấu trúc của đĩa, tốc độ khí rơi vào. Một sự khớp tốt chỉ chứng minh rằng bức tranh này có thể đúng, chứ không phải nó buộc phải đúng.

Một quy luật không có núm vặn

Cùng với Hang Yu, thuộc Đại học Bang Montana, nhóm đã rút gọn mô hình xuống còn bốn giả định chung cho mọi phiên bản của nó: sự lắc lư phụ thuộc thế nào vào mép trong của đĩa và vào tốc độ quay của ngôi sao; gió của sao từ cân bằng với áp suất của đĩa ở đâu; dòng khí rơi vào giảm dần theo thời gian ra sao; và ngôi sao quay chậm lại như thế nào.

Chỉ từ những điều này, hai đại lượng đo được — tiếng chíp tăng tốc nhanh đến mức nào, và động cơ mờ đi nhanh đến mức nào — phải nằm trên một đường thẳng, bất kể các giá trị chưa biết là gì. Và đường thẳng đó buộc phải đưa ra một dự đoán. Chừng nào áp suất của đĩa còn giảm nhanh hơn gió của sao từ, đĩa còn nhích dần vào trong và sự lắc lư nhanh dần. Một khi động cơ mờ đi nhanh hơn, gió đẩy đĩa trở ra ngoài và sự lắc lư chậm lại. Tiếng chíp phải dừng lại, rồi đảo chiều.

Khi nào? Thời điểm này chủ yếu do thời gian quay chậm lại của sao từ quyết định — khoảng thời gian để nó mất đi một phần đáng kể chuyển động quay của mình, 87 ± 11 ngày, đọc được từ phần trơn của đường cong ánh sáng, độc lập với các chỗ nhô. Chỉ dùng tiếng chíp đã công bố và khoảng thời gian đó, hệ thức dự đoán một sự đổi chiều vào khoảng ngày thứ 133 trong hệ quy chiếu của chính siêu tân tinh (đồng hồ riêng của nó, đã hiệu chỉnh cho sự kéo giãn thời gian do khoảng cách vũ trụ và cho độ trễ của ánh sáng khi thoát ra khỏi các mảnh vụn), khoảng ngày thứ 150 khi nhìn từ Trái Đất, tiếp theo là các chỗ nhô giãn xa nhau. Một đường thẳng kẻ qua các chu kỳ ban đầu lại nói điều ngược lại: sự lắc lư sẽ tiếp tục nhanh dần cho đến khi chu kỳ của nó bằng không, vào khoảng ngày thứ 180.

Bước ngoặt

Sau đó, nhóm tìm kiếm trong 109 quan sát bổ sung từ các kính thiên văn của Đài quan sát Las Cumbres, kéo dài tới ngày thứ 262, cùng với dữ liệu từ khảo sát ATLAS. Sau ngày thứ 170, đường cong ánh sáng cho thấy năm đỉnh và đáy mới — và chúng đang giãn xa nhau. Trên một bản đồ thời gian–tần số, nhịp chủ đạo tăng từ khoảng 0,025 chu kỳ mỗi ngày lên 0,07, rồi giảm trở lại rõ rệt.

Đường cong ánh sáng của SN 2024afav (A), các chỗ nhô của nó sau khi loại bỏ phần suy giảm trơn (B), và nhịp của chúng theo thời gian (C): tần số tăng lên, rồi giảm sau khoảng ngày thứ 160. — Hình 2, Farah, Prust & Yu (2026), arXiv:2610.39240.

Tiếng chíp đảo chiều vào ngày thứ 147 ± 3 khi nhìn từ Trái Đất — 132 ± 3 ngày trong hệ quy chiếu của siêu tân tinh, khớp với con số dự đoán 133. Sau đó, chu kỳ dài ra từ khoảng 23 ngày lên khoảng 35 ngày. Chu kỳ dài thêm khoảng 0,28 ngày cho mỗi ngày trôi qua (± 0,12), nằm ngay giữa khoảng dự đoán. Phương án kéo dài theo đường thẳng bị loại trừ ở mức vượt xa 5 sigma, mức mà khả năng do ngẫu nhiên gần như bị gạt bỏ.

Các chu kỳ của tiếng chíp trước đó (xanh lam) và của “tiếng chíp ngược” (antichirp) mới (cam), so với dự đoán chỉ dựa trên tiếng chíp (dải xanh lam) và một phép ngoại suy đường thẳng (nét đứt). — Hình 3, Farah, Prust & Yu (2026), arXiv:2610.39240.

Không chỉ là những lớp vỏ khí

Phổ của SN 2024afav quả thực cho thấy dấu hiệu của khí bao quanh, nên rất có thể khí ấy có mặt ở đó. Nhưng các tác giả lập luận rằng nó không quyết định nhịp. Họ mô phỏng khoảng 50.000 đường cong ánh sáng ngẫu nhiên có nhiễu, được điều chỉnh theo sáu siêu tân tinh siêu sáng có chỗ nhô khác: chưa đến 0,1% cực đoan như SN 2024afav. Các lớp vỏ khí sẽ cần những khoảng cách ban đầu thu hẹp rồi lại giãn rộng, mà không có gì gắn sự chuyển đổi ấy với ngày thứ 150. Và va chạm với các lớp vỏ tạo ra những chỗ nhô lệch, tăng nhanh và mờ chậm, trong khi những chỗ nhô này trông giống một làn sóng trơn tru.

Đọc vị chiếc đĩa

Hệ thức không cho phép chỉ một đường thẳng mà là một danh sách ngắn các đường, mỗi đường ứng với một loại đĩa và một cơ chế lắc lư; độ dốc đo được sẽ chọn giữa chúng. Với giá trị 11,6 ± 1,6, nó dốc hơn mức mà bất kỳ đĩa mỏng nào nguội đi bằng cách bức xạ nhiệt ra ngoài có thể tạo ra. Thay vào đó, nó chỉ ra một dòng chảy nóng phía trong giữ lại nhiệt của nó và mất khối lượng qua gió — và, trong ba nguyên nhân ứng viên của sự lắc lư, nó rơi gần như đúng vào nguyên nhân được gọi là tiến động Lense–Thirring (sự lắc lư do ngôi sao đang quay kéo theo không gian xung quanh nó), đồng thời loại trừ sự cong vênh do từ trường.

Các khảo sát bầu trời sắp tới sẽ bắt được thêm nhiều siêu tân tinh phát ra tiếng chíp. Mỗi siêu tân tinh hoặc sẽ rơi vào một trong những đường thẳng mà hệ thức cho phép, cho biết ngay cơ chế lắc lư của nó, hoặc, như SN 2024afav, tiết lộ điều gì đó về chiếc đĩa đang nuôi động cơ của nó.