Sao neutron là phần lõi còn sót lại sau khi một ngôi sao có khối lượng lớn phát nổ dưới dạng siêu tân tinh. Khi nguồn nhiên liệu hạt nhân cạn kiệt, lực hấp dẫn khổng lồ khiến lõi ngôi sao sụp đổ gần như tức thì. Áp suất lớn đến mức proton và electron kết hợp với nhau để tạo thành neutron, biến cả lõi sao thành một “quả cầu” gần như chỉ gồm các neutron xếp sát nhau.

Ảnh: astronomy

Điều đáng kinh ngạc là một sao neutron thường chỉ có đường kính khoảng 20–25 km, tức nhỏ hơn nhiều thành phố trên Trái Đất. Thế nhưng, khối lượng của nó lại vào khoảng 1,4 đến hơn 2 lần khối lượng Mặt Trời. Hãy tưởng tượng toàn bộ khối lượng của Mặt Trời – với đường kính gần 1,4 triệu km – bị nén vào một vật thể chỉ rộng vài chục kilomet. Đó là lý do sao neutron thuộc nhóm những thiên thể đặc nhất trong vũ trụ, chỉ đứng sau các lỗ đen.

Ảnh: universoastronomia

Mật độ của sao neutron khó hình dung bằng những con số thông thường. Một thìa cà phê vật chất lấy từ bề mặt của nó có thể nặng khoảng một tỷ tấn, tương đương khối lượng của cả một ngọn núi lớn hoặc hàng trăm triệu chiếc ô tô. Tất nhiên, trong thực tế không thể mang vật chất từ sao neutron về Trái Đất, bởi khi rời khỏi môi trường áp suất cực lớn, nó sẽ không còn giữ được trạng thái ban đầu.

Lực hấp dẫn trên bề mặt sao neutron cũng đáng kinh ngạc. Nếu một người nặng 70 kg có thể đứng trên đó (điều không thể xảy ra), trọng lượng của họ sẽ tăng lên tới hàng chục nghìn tỷ lần. Ánh sáng phát ra từ bề mặt ngôi sao cũng bị bẻ cong đáng kể bởi trường hấp dẫn cực mạnh, một hiện tượng được dự đoán bởi thuyết tương đối rộng của Albert Einstein.

Ảnh: esa

Không chỉ đặc, nhiều sao neutron còn quay với tốc độ cực nhanh. Một số sao xung (pulsar) – một dạng sao neutron phát chùm sóng vô tuyến đều đặn – có thể quay hàng trăm lần mỗi giây. Đồng thời, chúng sở hữu từ trường mạnh gấp hàng nghìn tỷ lần từ trường Trái Đất, đủ để làm biến dạng hành vi của vật chất và bức xạ trong vùng lân cận.

Đến nay, các nhà vật lý vẫn chưa hiểu hoàn toàn cấu trúc bên trong sao neutron. Họ cho rằng ở phần lõi sâu nhất, vật chất có thể tồn tại dưới những trạng thái chưa từng được tạo ra trong bất kỳ phòng thí nghiệm nào trên Trái Đất, chẳng hạn như plasma quark hoặc các dạng vật chất siêu đặc khác.

Sao neutron là minh chứng cho khả năng kỳ lạ của tự nhiên: từ tàn dư của một ngôi sao đã chết, vũ trụ tạo nên một vật thể nhỏ bé nhưng chứa lượng vật chất khổng lồ, giúp con người khám phá những giới hạn cuối cùng của vật lý.