Đi tìm cơ chế thứ hai để luyện sắt thành vàng

Trong phần trước, chúng ta đã nói về việc nhờ sử dụng Kính viễn vọng Không gian James Webb (JWST), các nhà khoa học cuối cùng đã giải quyết được nguồn gốc bí ẩn của BOAT - vụ nổ vũ trụ có thể là lớn nhất kể từ sau Big Bang.

Tuy nhiên, trong khi tìm cách giải đáp bí ẩn vũ trụ này, nhóm các nhà vật lý thiên văn đã mở ra một câu đố khác về thiên thể. Đó là bởi vì dấu vết của các nguyên tố nặng như vàng và bạch kim, những thứ mà người ta cho rằng thường tồn tại xung quanh loại siêu tân tinh này, lại không được tìm thấy ở đâu cả.

Lõi của các ngôi sao giống như những lò phản ứng nhiệt hạch tổng hợp các nguyên tố nhẹ lại với nhau để tạo ra các nguyên tố ngày càng nặng hơn. Quá trình này tạo thành các nguyên tố tiến gần tới sắt mà không vượt qua sắt. Thường khi tổng hợp lên đến sắt thì một hiện tượng kì dị xảy ra là quá trình tổng hợp không tạo ra năng lượng nữa.

Nói cách khác khi lõi sao tạo ra sắt thì cũng là lúc lưỡi hái tử thần xuất hiện. Năng lượng nhiệt hạch tạo không đủ mạnh so với trọng lượng hấp dẫn của sao dẫn đến một vụ sụp đổ thảm khốc. Hậu quả là lõi các ngôi sao chỉ là lò luyện sắt chứ hầu như không thể luyện ra vàng và điều này lý giải vì sao trong vũ trụ lại khá hiếm vàng, bạc, bạch kim…

Trong nhiều năm, các nhà khoa học đã cho rằng những nguyên tố tương đối nặng hơn này được tạo ra khi các ngôi sao chết có mật độ lớn gọi là sao neutron va chạm với nhau và JWST gần đây đóng vai trò then chốt trong việc giúp xác nhận lý thuyết như vậy.

Tuy nhiên, các nhà nghiên cứu cũng cho rằng môi trường khắc nghiệt được tạo ra xung quanh các siêu tân tinh có khả năng phóng ra tia gamma (GPB) có thể tạo điều kiện thuận lợi cho việc "bắt nhanh" neutron, tạo ra các nguyên tố như vàng. Lý do cho phỏng đoán này là nếu vàng chỉ do riêng các vụ va chạm sao neutron thì dường như quá hiếm để tạo ra lượng nguyên tố nặng nhiều hơn mức mà các nhà khoa học nhìn thấy trong vũ trụ sơ khai.

Cần nhớ, phải mất một thời gian rất dài để các sao neutron đôi hợp nhất. Hai ngôi sao trong hệ sao đôi trước tiên phải phát nổ để hóa thành sao neutron. Sau đó, có thể mất hàng tỉ năm để hai ngôi sao neutron dần dần tiến lại gần nhau hơn và cuối cùng hợp nhất.

Như vậy, có khả năng việc tạo ra vàng trong vũ trụ còn từ một nguồn khác. Peter Blanchard, trưởng nhóm nghiên cứu và là nhà khoa học của Đại học Northwestern, cho biết: Từ thực tế việc va chạm sao neutron rất hiếm muộn, chúng tôi phải đi tìm một con đường khác”.

Con đường khả dĩ đó được các nhà vật lý lý thuyết hướng tới là sự sụp đổ của một ngôi sao khổng lồ và quay nhanh, loại sự kiện chính xác mà các nhà khoa học hiện đã xác nhận là BOAT.

Bằng cách sử dụng JWST, nhóm nghiên cứu có thể quan sát các lớp sâu của siêu tân tinh này, nơi các nguyên tố nặng hơn sắt được tạo ra. Blanchard giải thích: “Vật chất phát nổ của ngôi sao ở thời kỳ đầu rất đặc và đục nên bạn chỉ có thể nhìn thấy các lớp bên ngoài. Nhưng một khi nó giãn nở và nguội đi, nó sẽ trở nên trong hơn. Sau đó, bạn có thể thấy các photon đến từ lớp bên trong của siêu tân tinh. Hơn nữa, các nguyên tố khác nhau hấp thụ và phát ra các photon ở các bước sóng khác nhau, tùy thuộc vào cấu trúc nguyên tử của chúng, tạo cho mỗi nguyên tố một đặc tính riêng trên thang quang phổ".

Điều đó có nghĩa là việc nhìn vào quang phổ của một vật thể có thể cho các nhà thiên văn biết những nguyên tố nào có mặt. Blanchard cho biết: “Khi kiểm tra quang phổ của BOAT, chúng tôi không thấy bất kỳ dấu hiệu nào của các nguyên tố nặng, điều đó cho thấy các sự kiện cực đoan như GRA 221009A không phải là nguồn chính tạo ra vàng. Đây là thông tin quan trọng khi chúng tôi tiếp tục cố gắng xác định nơi hình thành các nguyên tố nặng”.

Blanchard cũng nói rằng việc không phát hiện các nguyên tố nặng xung quanh nguồn siêu tân tinh của BOAT không có nghĩa là các nhà khoa học nên từ bỏ việc nghiên cứu khả năng nguồn phát ra GPB là nơi sản xuất nguyên tố nặng.

Blanchard nhận định: “Điều đó không có nghĩa là tất cả các GPB không tạo ra chúng, nhưng đó là một thông tin quan trọng khi chúng tôi tiếp tục hiểu những nguyên tố nặng này đến từ đâu. Những quan sát trong tương lai với JWST sẽ xác định xem liệu những người anh em ‘bình thường’ của BOAT có tạo ra những nguyên tố này hay không”.

Ngoài việc tìm hiểu thêm về BOAT và xác nhận nguồn gốc của nó với JWST, nhóm nghiên cứu còn có thể phát hiện thấy dấu hiệu của một đợt hình thành sao mạnh mẽ trong thiên hà nơi xảy ra sự kiện. Điều này cho thấy ngôi sao đã chết khi sinh ra BOAT có thể đã hình thành trong một môi trường không giống với các sao siêu tân tinh khác.

Blanchard kết luận: “Thật may mắn được sống trong thời đại mà chúng ta có công nghệ để phát hiện những vụ nổ này xảy ra trên khắp vũ trụ. Thật thú vị khi quan sát một hiện tượng thiên văn hiếm gặp như BOAT và nỗ lực tìm hiểu cơ chết vật lý đằng sau sự kiện đặc biệt này”.