Vào tháng 10 năm 2022, một sự kiện chấn động đã xảy ra, làm rung chuyển giới thiên văn học: một vụ nổ vũ trụ mạnh mẽ chưa từng có, được đặt tên là GRB 221009A. Vụ nổ này không chỉ phá vỡ mọi kỷ lục trước đây về cường độ mà còn mang đến những phát hiện bất ngờ, buộc chúng ta phải xem xét lại hiểu biết về bản chất của các vụ nổ vũ trụ cực đoan.
Cách chúng ta 2.4 tỷ năm ánh sáng, GRB 221009A bùng phát với bức xạ gamma đạt mức 18 ter electron volt (TeV), một con số chưa từng có. Năng lượng mà nó giải phóng trong 290 giây ngắn ngủi, theo ước tính, gấp 1000 lần tổng năng lượng mặt trời tạo ra trong suốt 4.5 tỷ năm tồn tại. Sự kiện này, được mệnh danh là “BOT” (Brightest of All Time – Sáng nhất mọi thời đại), ban đầu được cho là dấu hiệu của sự ra đời một lỗ đen sau khi một ngôi sao khổng lồ sụp đổ. Tuy nhiên, phân tích mới về ánh sáng tiến hóa của nó đã tiết lộ một sự thật đáng kinh ngạc: GRB 221009A thực ra lại “bình thường” một cách đáng ngạc nhiên.
Siêu Tân Tinh Bình Thường Trong Vụ Nổ Gamma Lớn Nhất
Nhà vật lý thiên văn Blanchard từ Đại học Northwestern cho biết, mặc dù vụ nổ tia gamma đạt cường độ kỷ lục, siêu tân tinh đi kèm lại không hề đặc biệt. Nó không sáng hơn bất kỳ siêu tân tinh nào khác đã được quan sát trước đây. Điều này đi ngược lại với những gì các nhà khoa học từng kỳ vọng: một vụ nổ tia gamma cực sáng thường sẽ đi kèm với một siêu tân tinh tương tự. Thực tế, chúng ta có một vụ nổ tia gamma cực kỳ mạnh mẽ, nhưng lại là một siêu tân tinh bình thường.
Vụ Nổ Tia Gamma và Sự Hình Thành Các Nguyên Tố Nặng
Vụ nổ tia gamma (GRB) là những sự kiện bùng nổ năng lượng mạnh nhất trong vũ trụ. Chúng phóng ra bức xạ gamma, loại ánh sáng năng lượng cao nhất, trong khoảng thời gian ngắn từ vài giây đến vài phút, đôi khi còn nhiều năng lượng hơn cả mặt trời tạo ra trong hàng tỷ năm. Các nhà khoa học cho rằng GRB có thể bắt nguồn từ hai hiện tượng chính: sự hình thành lỗ đen sau khi một ngôi sao lớn trở thành siêu tân tinh, hoặc sự hợp nhất của hai sao neutron.
Các vụ nổ tia gamma cũng được coi là một trong những nguồn gốc của các nguyên tố nặng trong vũ trụ. Các nguyên tố này không tồn tại trong vũ trụ sơ khai mà được hình thành thông qua quá trình tổng hợp hạt nhân trong các ngôi sao và các vụ nổ sao. Quá trình tổng hợp hạt nhân diễn ra dưới nhiệt độ và áp suất cực cao, chuyển đổi các nguyên tố nhẹ thành các nguyên tố nặng hơn.
Ba loại tổng hợp hạt nhân chính
- Tổng hợp hạt nhân sao: Xảy ra trong lõi của các ngôi sao, nơi hydro và helium được chuyển đổi thành các nguyên tố nặng hơn như sắt.
- Tổng hợp hạt nhân siêu tân tinh: Khi một ngôi sao phát nổ thành siêu tân tinh, các điều kiện khắc nghiệt tạo ra các nguyên tố nặng hơn sắt.
- Tổng hợp hạt nhân vụ nổ lớn: Được cho là tạo ra các nguyên tố nhẹ như hydro, helium và lithium trong vũ trụ sơ khai.
Tuy nhiên, không phải tất cả các nguyên tố nặng đều được tạo ra từ siêu tân tinh. Các nguyên tố nặng nhất như vàng, chì và uranium chỉ có thể được hình thành trong các vụ nổ giàu neutron như GRB, đặc biệt là sau khi hai sao neutron hợp nhất. Sự kiện GRB 230307A, được quan sát bởi kính viễn vọng không gian James Webb và các kính viễn vọng khác, đã cho thấy bằng chứng về việc tạo ra các nguyên tố hiếm như tellurium và lanthan. Sự hợp nhất của các sao neutron tạo ra môi trường giàu neutron, thúc đẩy quá trình tổng hợp hạt nhân, và sản sinh ra các nguyên tố nặng hơn sắt.
Phát Hiện Mới Về GRB 221009A
Sau khi GRB 221009A xuất hiện, các nhà khoa học rất muốn quan sát để tìm kiếm dấu hiệu của các nguyên tố nặng trong ánh sáng của nó. Tuy nhiên, vụ nổ quá sáng đến mức làm mù các thiết bị của họ, buộc họ phải chờ đợi nhiều tháng để vầng hào quang mờ đi. Sau khoảng 6 tháng, kính viễn vọng không gian James Webb đã có thể quan sát ánh sáng hồng ngoại phát ra từ vụ nổ.
Phân tích này đã cho thấy rằng bản thân siêu tân tinh liên quan là khá bình thường. Các nhà nghiên cứu kết hợp dữ liệu từ James Webb và các quan sát vô tuyến để tìm kiếm dấu hiệu của các nguyên tố nặng. Mặc dù họ tìm thấy các nguyên tố như canxi và oxy, những thành phần phổ biến trong siêu tân tinh, nhưng không có dấu hiệu của các nguyên tố nặng. Điều này đặt ra câu hỏi về vai trò thực sự của các vụ nổ tia gamma trong việc tạo ra các nguyên tố nặng.
Đánh Giá Lại Vai Trò Của Vụ Nổ Tia Gamma
Phát hiện mới về GRB 221009A cho thấy rằng chúng ta có thể đã đánh giá quá cao vai trò của các vụ nổ tia gamma trong việc sản xuất các nguyên tố nặng. Các vụ nổ lớn như GRB 221009A được cho là có vai trò quan trọng, nhưng việc thiếu các nguyên tố nặng trong trường hợp này cho thấy cần phải xem xét lại cách các nguyên tố này thực sự hình thành trong vũ trụ.
Điều này không có nghĩa là tất cả các GRB đều không tạo ra các nguyên tố nặng, nhưng nó là một thông tin quan trọng giúp chúng ta hiểu rõ hơn về nguồn gốc của các nguyên tố này.
Kết luận
Vụ nổ vũ trụ GRB 221009A không chỉ là sự kiện mạnh mẽ nhất từng được ghi nhận, mà còn là một lời nhắc nhở rằng vũ trụ vẫn còn ẩn chứa nhiều điều bí ẩn. Phát hiện về siêu tân tinh bình thường đi kèm với vụ nổ tia gamma kỷ lục buộc các nhà khoa học phải xem xét lại lý thuyết về sự hình thành các nguyên tố nặng, đồng thời mở ra hướng nghiên cứu mới về các sự kiện vũ trụ cực đoan. Chúng ta vẫn còn rất nhiều điều cần khám phá để hiểu rõ hơn về vũ trụ rộng lớn và phức tạp này.