HAI SÓNG HẤP DẪN CÁCH NHAU 7 GIỜ, VÀ MỘT SIÊU TÂN TINH
Khi một ngôi sao khối lượng lớn suy sụp, nó nổ tung thành một siêu tân tinh và để lại một sao neutron hoặc một lỗ đen. Nếu tàn tích đó nằm trong một hệ sao đôi phù hợp, một ngày nào đó nó có thể sáp nhập với một vật thể đồng hành và phát ra sóng hấp dẫn lan khắp vũ trụ. Nhưng ngày đó thường đến rất lâu sau vụ nổ: ít nhất khoảng 100.000 năm. Suy sụp trước, sáp nhập muộn hơn nhiều — đó là bức tranh tiêu chuẩn.
Các quan sát gần đây đã bắt đầu làm nhòe bức tranh ấy. Một số chớp tia gamma trông như vừa là một vụ sáp nhập vừa là một vụ suy sụp, và hai siêu tân tinh thuộc “loại IIb” — vụ nổ của những ngôi sao đã bị tước gần hết hydro — đã được thảo luận cùng với các ứng viên sóng hấp dẫn yếu vào năm 2025, mà không đi đến kết luận chắc chắn nào. Một ý tưởng có thể giải thích những trường hợp như vậy: trong một ngôi sao quay nhanh đang suy sụp, đĩa vật chất dày đặc xoáy quanh lỗ đen vừa ra đời có thể vỡ thành nhiều mảnh, rồi các mảnh sáp nhập với nhau hoặc rơi vào lỗ đen trong vòng vài giờ.
Một cuộc tìm kiếm trong kho lưu trữ
Sheng Yang, thuộc Viện Khoa học Hà Nam ở Trung Quốc, Zong-Hong Zhu, thuộc Đại học Sư phạm Bắc Kinh, cùng 23 đồng nghiệp ở Trung Quốc, Đài Loan, Hoa Kỳ, Úc, Ý và Thụy Điển đã tìm kiếm một cách có hệ thống. Họ lấy các cảnh báo công khai do các máy dò LIGO, Virgo và KAGRA phát ra từ tháng 4 năm 2019 đến tháng 1 năm 2025 — 43 cảnh báo trong số đó có khả năng liên quan đến một sao neutron — cùng 676 siêu tân tinh bị tước vỏ được Zwicky Transient Facility phát hiện. Họ tìm những siêu tân tinh nằm bên trong vùng trời của một cảnh báo và đạt cực đại từ 10 đến 30 ngày sau cảnh báo đó.
Cuộc tìm kiếm cho ra hai kết quả trùng khớp — cả hai đều với cùng một siêu tân tinh, SN 2019rsq. Nó nối hai cảnh báo ngày 10 tháng 9 năm 2019: S190910d, rồi S190910h, 7,1 giờ sau đó. Vào thời điểm ấy, mỗi cảnh báo đã kích hoạt đợt quan sát tiếp theo riêng của nó; siêu tân tinh chỉ được phát hiện vài tuần sau. Bộ ba này chỉ lộ diện khi nhìn lại.
Vùng trời của S190910d (xám) và S190910h (cam) chồng lên nhau ở nơi có SN 2019rsq (ô đỏ, thiên hà của nó ở góc trên bên phải); ở góc dưới bên phải, các khoảng khoảng cách của chúng tương thích với khoảng cách 140,6 megaparsec của siêu tân tinh (đường đỏ). — Hình 1, Yang et al. (2026), arXiv:2611.00440.
Cặp tín hiệu này hiếm đến mức nào?
Các cảnh báo gần nhau về thời gian vẫn có xảy ra. Nhưng hai vùng trời này còn chồng lên nhau trong không gian ba chiều: các khoảng khoảng cách của chúng khớp với nhau và với khoảng cách của siêu tân tinh, 140,6 megaparsec. Để đo mức độ bất thường của điều này, nhóm nghiên cứu đã xáo trộn ngày của các cảnh báo một triệu lần. Một cặp không liên quan gần nhau đến vậy cả về thời gian lẫn không gian xuất hiện với xác suất 7,6 × 10⁻⁵, khoảng một trên 13.000. Trong số 43 cảnh báo, có mười cặp cách nhau không quá 5 ngày, nhưng chỉ ba cặp chồng lấn trong không gian ba chiều, và cặp này kết hợp độ trễ ngắn nhất với vùng chồng lấn lớn nhất.
Ngược lại, riêng siêu tân tinh thì không có gì đáng ngạc nhiên: xác suất để một siêu tân tinh loại IIb không liên quan nổ trong thể tích đó vào thời điểm đó là khoảng 35%. Điều bất thường là cặp tín hiệu; siêu tân tinh cung cấp ngôi sao đang suy sụp có thể nối chúng lại với nhau.
Cả hai tín hiệu đều yếu. Khi được phân tích lại, cả hai trông như tín hiệu thật và nổi lên trên nhiễu nền của dữ liệu xung quanh, nhưng không tín hiệu nào được xem là một phát hiện chắc chắn. Một nhóm độc lập trước đó đã tìm lại được tín hiệu thứ nhất, với xác suất 58% là có nguồn gốc thiên văn.
Mỗi tín hiệu cho biết điều gì
Các tín hiệu mang theo khối lượng của những vật thể đang sáp nhập. S190910d trông rất chênh lệch: khoảng 34 khối lượng Mặt Trời với một vật thể đồng hành khoảng 3. S190910h thì nhẹ: khoảng 2,5 và 1,3 khối lượng Mặt Trời, điển hình của sao neutron.
SN 2019rsq, được khảo sát Pan-STARRS phát hiện ngày 1 tháng 10 năm 2019, đạt cực đại khoảng 24 ngày sau tín hiệu đầu tiên — một thời gian tăng sáng bình thường đối với siêu tân tinh loại IIb nếu ngôi sao đã suy sụp vào đúng thời điểm đó. Dữ liệu không thể xác định chính xác thời điểm vụ nổ, nhưng các mô hình đặt nó trong vòng ba ngày quanh S190910d tái tạo được ánh sáng của nó. Đây là một siêu tân tinh tiến triển nhanh, và nó nằm trên một đuôi thủy triều của một thiên hà bị nhiễu loạn đang hình thành sao.
Một ngôi sao, nhiều vụ sáp nhập?
Kịch bản được đề xuất: một ngôi sao đang quay suy sụp thành một lỗ đen có đĩa bị phân mảnh (1); một mảnh 3 khối lượng Mặt Trời rơi vào lỗ đen 34 khối lượng Mặt Trời, S190910d (2); hai mảnh nhẹ sáp nhập 7,1 giờ sau đó, S190910h (3); những lần chạm trán về sau có thể tạo ra các tín hiệu muộn hơn (4). — Hình 4, Yang et al. (2026), arXiv:2611.00440.
Nhóm nghiên cứu đề xuất một nguồn gốc chung. Một ngôi sao khối lượng lớn quay nhanh suy sụp thành một lỗ đen vài chục khối lượng Mặt Trời, được bao quanh bởi một đĩa vỡ thành nhiều mảnh. Một mảnh lớn dần đến khoảng 3 khối lượng Mặt Trời xoắn ốc vào lỗ đen trung tâm: đó là S190910d. Ở một chỗ khác trong đĩa, hai mảnh nhẹ hơn kết cặp và sáp nhập: đó là S190910h. Thời gian xoắn ốc tính được — từ khoảng một giờ đến vài giờ — dễ dàng bao trùm khoảng cách 7,1 giờ.
Các tác giả vẫn thận trọng. Các xác suất chưa tính đến mọi cuộc tìm kiếm mà người ta có thể đã thực hiện, và một chớp tia gamma dài được thấy năm ngày sau đó trong cùng vùng rộng ấy không được tính là bằng chứng. Các khảo sát vô tuyến không thấy gì, điều này khiến khả năng có một tia phụt mạnh và tồn tại lâu là thấp. Dù SN 2019rsq là một sự trùng hợp hiếm hoi hay là ví dụ đầu tiên về một ngôi sao đã phát ra nhiều tín hiệu sóng hấp dẫn khi chết, các đợt quan sát tiếp theo, kết hợp với các khảo sát bầu trời diện rộng, sẽ cho biết liệu những cụm như vậy có tiếp tục xuất hiện hay không.