Sao hấp hối 'tự tan rã', bắn vật chất phóng xạ khắp vũ trụ: Khám phá chấn động về nguồn gốc các nguyên tố nặng

Theo công bố trên tạp chí Astrophysical Journal, nhóm nghiên cứu từ Phòng thí nghiệm Quốc gia Los Alamos (Mỹ) đã phát hiện ra một chuỗi phản ứng vật lý kỳ lạ trong quá trình kết thúc cuộc đời của các ngôi sao khổng lồ. Khi các sao này phát nổ, chúng không chỉ phát ra những luồng năng lượng dữ dội dưới dạng tia gamma (GRB), mà còn khiến chính vật chất của mình tan rã thành neutron tự do điều vốn được xem là cực kỳ hiếm trong vũ trụ.

Cách thức mà các ngôi sao khổng lồ trong vũ trụ phun ra luồng tia khủng khiếp, tự "hòa tan" các lớp ngoài - Ảnh: PHÒNG THÍ NGHIỆM QUỐC GIA LOS ALAMOS

Neutron tự do hạt không mang điện tích là yếu tố tối quan trọng trong việc hình thành các nguyên tố nặng như uranium, plutonium hay thorium. Tuy nhiên, chúng thường chỉ tồn tại chưa đầy 15 phút trước khi phân rã, khiến điều kiện để hình thành nguyên tố nặng trở nên vô cùng khắt khe.

"Chúng ta đã biết rằng các vụ va chạm sao neutron hoặc những vụ nổ siêu tân tinh đặc biệt có thể tạo ra các nguyên tố này. Nhưng tần suất của những sự kiện đó quá hiếm để lý giải sự phong phú của chúng trong hệ Mặt Trời và các hành tinh như Trái Đất," tiến sĩ Matthew Mumpower, đồng tác giả nghiên cứu, cho biết.

Kịch bản mà nhóm nghiên cứu đưa ra bắt đầu từ thời điểm một ngôi sao khổng lồ cạn kiệt nhiên liệu hạt nhân. Không còn lực đẩy để chống lại lực hấp dẫn, lõi của nó sụp đổ thành một lỗ đen. Nếu lỗ đen này quay nhanh, nó có thể tạo ra từ trường xoắn mạnh đến mức hình thành luồng tia gamma bắn xuyên ra ngoài chính là GRB.

Trong quá trình này, photon năng lượng cực cao va chạm với hạt nhân vật chất xung quanh, biến proton thành neutron, đồng thời “bẻ gãy” các hạt nhân nguyên tử thành các hạt cơ bản, từ đó tạo ra một “biển” neutron tự do.

Điều này kích hoạt quá trình bắt neutron nhanh (r-process) một phản ứng hạt nhân giúp hình thành các nguyên tố nặng chỉ trong vài giây. Chính những nguyên tố này đã góp phần tạo nên Trái Đất, Mặt Trăng, và có lẽ cả sự sống như ta biết ngày nay.

Khung lý thuyết mới này không chỉ lý giải nguồn gốc của các nguyên tố quý hiếm mà còn mở rộng hiểu biết về những cái chết “bùng nổ” của sao. Nó cung cấp một kịch bản mới, bên cạnh các vụ va chạm sao neutron, để lý giải hiện tượng kilonova những vụ nổ vũ trụ mạnh mẽ từng gây kinh ngạc cho các nhà thiên văn.

Có thể nói, vũ trụ không chỉ là nơi của cái chết mà còn là cái nôi sinh ra sự sống – khi các ngôi sao hy sinh chính mình để gieo rắc những hạt giống hóa học cần thiết cho các hành tinh, cho sự sống, và cho chính loài người chúng ta.

Như Ý (t/h)