Vàng của vũ trụ đến từ đâu? Những đợt bùng phát khổng lồ từ các ngôi sao từ tính cực mạnh cung cấp một manh mối

theanh

Administrator
Nhân viên
Các nhà khoa học cuối cùng đã thu thập được bằng chứng trực tiếp về cách vũ trụ hình thành nên các nguyên tố nặng nhất, một quá trình vẫn còn là bí ẩn trong hơn nửa thế kỷ.

Một nhóm từ Viện Flatiron ở Thành phố New York đã tính toán rằng các vụ bùng phát khổng lồ phát ra từ các sao từ - loại sao sụp đổ có từ tính cao được gọi là sao neutron - có thể là lò rèn vũ trụ được tìm kiếm từ lâu tạo ra các nguyên tố nặng của vũ trụ. Chỉ một trong những đợt bùng phát khổng lồ này cũng có thể tạo ra lượng vàng, bạch kim và urani đủ cho một hành tinh.

"Thật khó tin khi nghĩ rằng một số nguyên tố nặng xung quanh chúng ta, như kim loại quý trong điện thoại và máy tính, lại được tạo ra trong những môi trường khắc nghiệt khủng khiếp này", Anirudh Patel, ứng viên tiến sĩ tại Đại học Columbia và là tác giả chính của một nghiên cứu về các nguyên tố này, cho biết trong tuyên bố. "Các đợt bùng phát khổng lồ của sao từ có thể là giải pháp cho một vấn đề mà chúng ta đang gặp phải, trong đó có nhiều nguyên tố nặng được nhìn thấy trong các thiên hà trẻ hơn là có thể được tạo ra chỉ từ các vụ va chạm sao neutron."

Các nguyên tố nhẹ hơn như hydro, heli và lithium được hình thành trong Vụ nổ lớn, trong khi các nguyên tố nặng hơn được hình thành thông qua phản ứng tổng hợp hạt nhân trong lõi sao trong suốt vòng đời của các ngôi sao — hoặc sau khi chúng chết vì nổ. Nhưng cách các nguyên tố giàu neutron nặng hơn sắt được tạo ra vẫn là một câu hỏi chưa có lời giải.

Người ta cho rằng các nguyên tố này hình thành thông qua một loạt phản ứng hạt nhân được gọi là quá trình bắt neutron nhanh, hay quá trình r, từ lâu đã được lý thuyết hóa là chỉ xảy ra trong những điều kiện khắc nghiệt như trong siêu tân tinh hoặc hợp nhất sao neutron. Năm 2017, các nhà thiên văn học đã xác nhận quá trình r lần đầu tiên trong quá trình hợp nhất được quan sát thấy của hai sao neutron.

Tuy nhiên, những vụ va chạm như vậy rất hiếm đến nỗi chúng không thể giải thích đầy đủ về sự phong phú của các nguyên tố nặng trong vũ trụ và các vụ hợp nhất sao neutron xảy ra quá muộn trong lịch sử vũ trụ để giải thích vàng và các nguyên tố nặng khác sớm nhất. Nhưng các vụ bùng phát sao neutron cực mạnh có thể tạo ra các nguyên tố này thì lại có tuổi đời lâu hơn nhiều. Patel nói thêm: "Điều thú vị về những vụ bùng phát khổng lồ này là chúng có thể xảy ra rất sớm trong lịch sử thiên hà".

Để nghiên cứu các quá trình này, các nhà khoa học NYC đã chuyển sang các sao từ, có từ trường mạnh hơn Trái đất hàng nghìn tỷ lần. Những ngôi sao này thỉnh thoảng tạo ra "vụ nổ" — các vụ nổ năng lượng do sự giải phóng đột ngột năng lượng từ trường, thường được kích hoạt bởi sự sắp xếp lại hoặc phân rã của từ trường của chúng.

Nhóm nghiên cứu đã tính toán rằng vụ nổ khổng lồ của sao từ có thể tạo ra các điều kiện thích hợp để các nguyên tố r-process hình thành, tạo ra các hạt nhân phóng xạ cực kỳ không ổn định phân rã thành các nguyên tố nặng ổn định như vàng.

Điều thú vị là nhóm nghiên cứu NYC đã có thể liên kết các phép tính của họ với quan sát bí ẩn được thực hiện vào năm 2004 về một tia sáng chói từ sao từ SGR 1806–20. Ban đầu, sự kiện này có vẻ không bất thường — cho đến khi các nhà nghiên cứu nhận ra tổng năng lượng của ngọn lửa lớn hơn khoảng một nghìn lần so với các vụ nổ thông thường.

"Sự kiện này đã bị lãng quên trong nhiều năm", Brian Metzger, một nhà khoa học nghiên cứu cấp cao tại CCA và là giáo sư tại Đại học Columbia cho biết. "Nhưng chúng tôi rất nhanh chóng nhận ra rằng mô hình của chúng tôi hoàn toàn phù hợp với nó".

"Tôi không nghĩ đến bất cứ điều gì khác trong một hoặc hai tuần tới", Patel cho biết trong một tuyên bố của NASA. "Đó là điều duy nhất trong tâm trí tôi."

Bằng cách kết hợp các quan sát về đợt bùng phát năm 2004 của SGR 1806–20 với mô hình của họ, Metzger, Patel và các đồng nghiệp ước tính rằng sự kiện này có khả năng tạo ra khoảng 2 triệu tỷ tỷ (bạn đọc đúng rồi đấy) kilôgam các nguyên tố nặng — gần bằng khối lượng của sao Hỏa hoặc 27 mặt trăng! Trong khi các đợt bùng phát như vậy có thể chiếm khoảng 10% tổng số các nguyên tố nặng trong thiên hà của chúng ta, các nhà nghiên cứu lưu ý rằng nguồn gốc của 90% còn lại vẫn chưa chắc chắn.

"Chúng ta không thể loại trừ khả năng có thể có địa điểm thứ ba hoặc thứ tư ngoài kia mà chúng ta vẫn chưa nhìn thấy", Metzger nói.
CÂU CHUYỆN LIÊN QUAN:
 —  Điều gì xảy ra bên trong các sao neutron, vật thể dày đặc nhất được biết đến trong vũ trụ?

 — Kính viễn vọng không gian James Webb phát hiện ra sự hợp nhất của các sao neutron tạo ra vàng trong vũ trụ: 'Thật ly kỳ'

 — Các vụ nổ mạnh nhất trong vũ trụ có thể tiết lộ vàng đến từ đâu

Nhiệt tình thúc đẩy khám phá của mình hơn nữa, nhóm nghiên cứu có kế hoạch để săn lùng nhiều đợt bùng phát sao từ hơn bằng sứ mệnh Máy quang phổ và hình ảnh Compton của NASA, dự kiến phóng vào năm 2027 — một sứ mệnh có thể tiết lộ nhiều bí mật hơn nữa về nguồn gốc vũ trụ của vàng và các nguyên tố nặng khác.

"Đây là một câu hỏi khá cơ bản về nguồn gốc của vật chất phức tạp trong vũ trụ", Patel cho biết. "Đây là một câu đố thú vị nhưng thực tế vẫn chưa có lời giải."

Nghiên cứu của nhóm đã được công bố trên The Astrophysical Journal Letters.
 
Back
Bên trên