Phát hiện bằng chứng về sự hình thành các nguyên tố nặng trong vũ trụ

mức độ sáng đặc biệt của luồng tia gamma GRB 230307A chính là chìa khóa giúp các nhà nghiên cứu xác định được địa điểm xảy ra vụ nổ kilonova. (Nguồn: Digital Trends)

Vào thuở sơ khai, vũ trụ được hình thành với thành phần chủ yếu là khí hydro và khí heli. Tất cả những chất, nguyên tố nặng hơn khác đã xây dựng nên vũ trụ như hiện nay đều sinh ra sau, theo dòng chảy của thời gian. Các nhà khoa học tin rằng những nguyên tố này đều được tạo ra chủ yếu trong các ngôi sao, chứ không phải từ nơi nào khác.

Các ngôi sao sẽ sản sinh ra nhiều loại nguyên tố nặng trong phần lõi của chúng bằng hoạt động hợp hạch. Khi những ngôi sao này chết đi, phần lõi của chúng sẽ phát nổ thành các vụ nổ supernova (siêu tân tinh), làm bắn những nguyên tố nặng ra môi trường xung quanh.

Đó chính là cách mà những nguyên tố nặng như sắt được tạo ra. Nhưng theo các nhà khoa học, đối với những nguyên tố nặng nhất trong vũ trụ, quá trình hình thành có thể sẽ khác biệt.

Trong bài viết khoa học đăng trên tạp chí Physics Today hồi năm 2018, các tác giả cho biết những nguyên tố nặng nhất không được tạo ra từ tâm của các ngôi sao mà nằm trong bối cảnh mãnh liệt hơn thế: sự hợp nhất giữa các ngôi sao. Đó là khi các lực siêu lớn tác động lên nhau tạo nên một môi trường cô đặc và khiến nhiều nguyên tố mới được sinh ra.

Năm 2023, lần đầu tiên Kính viễn vọng không gian James Webb đã phát hiện ra một số nguyên tố nặng đang được tạo ra nhờ sự hợp nhất giữa các ngôi sao.

Theo đó, các nhà khoa học đã dùng kính James Webb để quan sát các tác động hình thành từ một vụ nổ kilonova. Chúng ta hẳn đã nhiều lần nghe về khái niệm vụ nổ supernova, nhưng ít khi nghe tới kilonova. Vụ nổ này xuất hiên khi hai sao neutron hợp nhất, hoặc khi một sao neutron va chạm với một lỗ đen.

Những sự kiện "hoành tráng" này tạo ra các vụ nổ tia gamma sáng chói, thu hút sự chú ý của giới khoa học và cho phép họ định vị nơi xảy ra vụ nổ.

Trong trường hợp nổ kilonova kể trên, Kính James Webb đã quan sát thấy một nguyên tố có tên gọi tellurium bị đẩy ra từ vụ nổ.

Mặc dù các nhà khoa học đã đặt ra giả thuyết từ lâu rằng sự hợp nhất của các sao là nguồn gốc hình thành những nguyên tố nặng đặc biệt, nhưng đây là bằng chứng đầu tiên được quan sát thấy ủng hộ giả thuyết này. Nguyên nhân do những vụ nổ kilonova rất hiếm khi xảy ra, hoặc chỉ diễn ra trong một khoảng thời gian rất ngắn và không đủ để quan sát.

Được biết, mức độ sáng đặc biệt của luồng tia gamma GRB 230307A chính là chìa khóa giúp các nhà nghiên cứu xác định được địa điểm xảy ra vụ nổ kilonova nêu trên.

Ben Gompertz, một đồng tác giả của nghiên cứu tại Đại học Birmingham ở Anh quốc cho biết: "Kính James Webb cung cấp cho chúng ta một khả năng phi thường. Nó thậm chí còn có thể phát hiện ra nhiều nguyên tố nặng hơn. Chúng ta càng quan sát thường xuyên hơn, các mô hình quan sát sẽ càng được cải thiện và dải quang phổ sẽ dần được phát triển nhiều hơn theo thời gian. Nhờ có Kính James Webb, giờ đây ta đã có thêm nhiều cánh cửa mở tới những giới hạn mới. Với khả năng của mình, Kính James Webb sẽ hoàn toàn thay đổi suy nghĩ và cách hiểu của chúng ta về vũ trụ ngoài kia./.

(Vietnam+)