Gửi bình luận
Sau Big Bang, vũ trụ chủ yếu bao gồm hydro và một số nguyên tử heli. Đây là những nguyên tố nhẹ nhất trong bảng tuần hoàn. Hầu hết các nguyên tố nặng hơn heli đã được tạo ra trong 13,8 tỷ năm giữa Big Bang và hiện tại.
Các ngôi sao đã sản sinh ra nhiều nguyên tố nặng hơn này thông qua quá trình nhiệt hạch. Tuy nhiên, quá trình này chỉ tạo ra các nguyên tố nặng như sắt. Việc tạo ra bất kỳ nguyên tố nặng hơn nào sẽ tiêu tốn năng lượng thay vì giải phóng nó.
Để giải thích sự hiện diện của các nguyên tố nặng này ngày nay, cần phải tìm các hiện tượng có thể tạo ra chúng. Một loại sự kiện phù hợp là vụ nổ tia gamma (GRB) – loại vụ nổ mạnh nhất trong vũ trụ. Các vụ nổ này có thể bùng phát với độ sáng gấp một tỷ tỷ (số 10 với 18 số không phía sau) lần độ sáng của Mặt Trời, và được cho là gây ra bởi một số loại sự kiện.
Các GRB có thể được chia thành hai loại: vụ nổ dài và vụ nổ ngắn. Các vụ nổ GRB dài liên quan đến cái chết của các sao nặng và quay nhanh. Theo lý thuyết này, sự quay nhanh định hướng cho vật chất bị đẩy ra trong quá trình sụp đổ của ngôi sao nặng thành các tia hẹp di chuyển với tốc độ cực nhanh.
Các vụ nổ ngắn chỉ kéo dài vài giây. Chúng được cho là do sự va chạm của hai sao neutron – những ngôi sao "chết" đặc và nhỏ gọn. Vào tháng 8 năm 2017, một sự kiện quan trọng đã hỗ trợ lý thuyết này. LIGO và Virgo, hai thiết bị phát hiện sóng hấp dẫn ở Mỹ, đã phát hiện một tín hiệu dường như xuất phát từ hai sao neutron đang tiến đến va chạm.
Vài giây sau, một vụ nổ tia gamma ngắn, được biết đến với tên GRB 100817A, đã được phát hiện xuất phát từ cùng một hướng trên bầu trời. Trong vài tuần, gần như mọi kính thiên văn trên hành tinh đều hướng về sự kiện này trong một nỗ lực chưa từng có để nghiên cứu hệ quả của nó.
Các quan sát đã tiết lộ một kilonova tại vị trí của GRB 170817A. Kilonova là một phiên bản mờ hơn của supernova. Thú vị hơn, có bằng chứng cho thấy nhiều nguyên tố nặng đã được tạo ra trong vụ nổ. Các tác giả của một nghiên cứu trên Nature đã phân tích vụ nổ này và cho thấy kilonova dường như tạo ra hai loại mảnh vụn, hay tàn dư, khác nhau. Một loại chủ yếu bao gồm các nguyên tố nhẹ, trong khi loại khác bao gồm các nguyên tố nặng.
Chúng ta đã đề cập rằng nhiệt hạch hạt nhân chỉ có thể tạo ra các nguyên tố nặng như sắt trong bảng tuần hoàn. Nhưng có một quá trình khác có thể giải thích cách mà kilonova có thể tạo ra những nguyên tố nặng hơn.
Quá trình bắt neutron nhanh, hay 'quá trình r' (r-process), là khi các hạt nhân (tức cái lõi) của các nguyên tố nặng như sắt bắt giữ nhiều neutron trong thời gian ngắn. Chúng sau đó nhanh chóng tăng khối lượng, tạo ra các nguyên tố nặng hơn nhiều. Để quá trình r xảy ra, cần có những điều kiện thích hợp: mật độ cao, nhiệt độ cao và số lượng lớn các neutron tự do có sẵn. Các vụ nổ tia gamma xảy ra cung cấp những điều kiện cần thiết này.
Tuy nhiên, các vụ hợp nhất của hai sao neutron, như sự kiện gây ra kilonova GRB 170817A, là những sự kiện rất hiếm. Thực tế, chúng có thể hiếm đến mức không đủ để trở thành nguồn gốc của các nguyên tố nặng dồi dào trong vũ trụ. Nhưng còn các vụ nổ GRB dài thì sao?
Một nghiên cứu gần đây đã điều tra một vụ nổ tia gamma dài, cụ thể là GRB 221009. Sự kiện này được mệnh danh là BOAT (the brightest of all time, tức là vụ nổ sáng nhất mọi thời đại). Vụ GRB này được phát hiện như một xung bức xạ mạnh mẽ quét qua Hệ Mặt Trời vào ngày 9 tháng 10 năm 2022.
BOAT đã kích hoạt một chiến dịch quan sát thiên văn tương tự như kilonova. Vụ GRB này có năng lượng gấp 10 lần so với kỷ lục trước đó, và gần đến mức ảnh hưởng của nó đến bầu khí quyển Trái Đất có thể đo được trên mặt đất và tương đương với một cơn bão Mặt Trời lớn.
Trong số các kính thiên văn nghiên cứu hệ quả của BOAT có kính thiên văn không gian James Webb (JWST). Nó quan sát GRB này khoảng sáu tháng sau khi nó phát nổ, để tránh bị lóa bởi ánh sáng của vụ nổ ban đầu. Dữ liệu JWST thu thập được cho thấy rằng, mặc dù sự kiện này sáng bất thường, nó chỉ là một vụ nổ supernova trung bình.
Thực tế, các quan sát trước đó của các vụ nổ GRB dài khác chỉ ra rằng không có mối tương quan giữa độ sáng của GRB và kích thước của supernova liên quan. BOAT dường như không phải ngoại lệ.
Nhóm JWST cũng suy luận số lượng nguyên tố nặng được tạo ra trong vụ nổ BOAT. Họ không tìm thấy dấu hiệu nào của các nguyên tố được tạo ra bởi quá trình r. Điều này gây ngạc nhiên vì, về lý thuyết, độ sáng của một vụ nổ GRB dài được cho là liên quan đến các điều kiện trong lõi của nó, có khả năng nhất là một lỗ đen. Đối với các sự kiện rất sáng – đặc biệt là một sự kiện cực đoan như BOAT – các điều kiện lẽ ra phải phù hợp để quá trình r xảy ra.
Những phát hiện này cho thấy rằng các vụ nổ tia gamma có thể không phải là nguồn gốc quan trọng cho các nguyên tố nặng trong vũ trụ như hy vọng. Thay vào đó, phải có một hoặc nhiều nguồn khác vẫn đang chờ được khám phá.
