Các nhà thiên văn học đã cố gắng xác định nguồn gốc vũ trụ của các nguyên tố nặng nhất, như vàng, trong nhiều thập kỷ. Giờ đây, nghiên cứu mới dựa trên một tín hiệu được phát hiện trong dữ liệu nhiệm vụ không gian lưu trữ có thể chỉ ra một manh mối tiềm năng: các sao từ (magnetar), hay các sao neutron có từ trường cực mạnh.

Các nhà khoa học tin rằng các nguyên tố nhẹ hơn như hydro và heli, và thậm chí một lượng nhỏ liti, có khả năng đã tồn tại sớm sau vụ nổ Big Bang tạo ra vũ trụ cách đây 13,8 tỷ năm.

Sau đó, các ngôi sao nổ tung giải phóng các nguyên tố nặng hơn như sắt, chúng kết hợp vào các ngôi sao và hành tinh mới sinh. Nhưng sự phân bố của vàng, nặng hơn sắt, khắp vũ trụ đã đặt ra một bí ẩn cho các nhà vật lý thiên văn.

"Đó là một câu hỏi khá cơ bản về nguồn gốc của vật chất phức tạp trong vũ trụ," Anirudh Patel, tác giả chính của nghiên cứu được công bố hôm thứ Ba trên tạp chí The Astrophysical Journal Letters và là nghiên cứu sinh tiến sĩ vật lý tại Đại học Columbia ở Thành phố New York, cho biết trong một tuyên bố. "Đó là một câu đố thú vị mà thực sự vẫn chưa được giải đáp."

Trước đây, sự hình thành vàng trong vũ trụ chỉ được liên kết với các vụ va chạm sao neutron.

Các nhà thiên văn học đã quan sát một vụ va chạm giữa hai sao neutron vào năm 2017. Vụ va chạm mang tính hủy diệt này đã giải phóng các gợn sóng trong không-thời gian, được gọi là sóng hấp dẫn, cũng như ánh sáng từ một vụ nổ tia gamma. Sự kiện va chạm này, được gọi là kilonova, cũng tạo ra các nguyên tố nặng như vàng, bạch kim và chì. Kilonova được ví như những "nhà máy" vàng trong không gian.

Người ta tin rằng hầu hết các vụ sáp nhập sao neutron chỉ xảy ra trong vài tỷ năm qua, đồng tác giả nghiên cứu Eric Burns, trợ lý giáo sư và nhà vật lý thiên văn tại Đại học Louisiana State ở Baton Rouge, cho biết.

Nhưng dữ liệu 20 năm tuổi trước đây không thể giải mã từ các kính thiên văn của NASA và Cơ quan Vũ trụ Châu Âu cho thấy rằng các vụ bùng nổ từ các sao từ hình thành sớm hơn nhiều — trong thời kỳ sơ khai của vũ trụ — có thể đã cung cấp một cách khác để tạo ra vàng, Burns nói.

Động đất trên các ngôi sao

Sao neutron là tàn dư của lõi từ các ngôi sao đã nổ tung, và chúng đặc đến nỗi 1 thìa cà phê vật chất của ngôi sao sẽ nặng 1 tỷ tấn trên Trái đất. Sao từ là một loại sao neutron cực sáng với từ trường cực kỳ mạnh.

Các nhà thiên văn học vẫn đang cố gắng tìm hiểu chính xác cách các sao từ hình thành, nhưng họ đưa ra giả thuyết rằng các sao từ đầu tiên có khả năng xuất hiện ngay sau các ngôi sao đầu tiên trong vòng khoảng 200 triệu năm sau khi vũ trụ bắt đầu, hay khoảng 13,6 tỷ năm trước, Burns nói.

Đôi khi, các sao từ giải phóng một lượng lớn bức xạ do "động đất sao".

Trên Trái đất, động đất xảy ra vì lõi nóng chảy của Trái đất gây ra chuyển động trong lớp vỏ hành tinh, và khi đủ ứng suất tích tụ, nó dẫn đến chuyển động dữ dội, hoặc mặt đất rung chuyển dưới chân bạn. Động đất sao cũng tương tự, Burns nói.

"Sao neutron có một lớp vỏ và một lõi siêu lỏng," Burns nói trong một email. "Chuyển động dưới bề mặt tích tụ ứng suất trên bề mặt, cuối cùng có thể gây ra động đất sao. Trên các sao từ, những trận động đất sao này tạo ra những vụ bùng nổ tia X rất ngắn. Giống như trên Trái đất, bạn có những khoảng thời gian mà một ngôi sao nhất định hoạt động đặc biệt mạnh, tạo ra hàng trăm hoặc hàng nghìn vụ bùng nổ trong vài tuần. Và tương tự, thỉnh thoảng, một trận động đất đặc biệt mạnh xảy ra."

Các nhà nghiên cứu đã tìm thấy bằng chứng cho thấy một sao từ giải phóng vật chất trong một vụ bùng nổ khổng lồ, nhưng họ không có lời giải thích vật lý nào cho sự phóng ra khối lượng của ngôi sao, Patel nói.

Theo nghiên cứu gần đây của một số đồng tác giả của nghiên cứu mới, bao gồm cả cố vấn của Patel là Brian Metzger, giáo sư vật lý tại Đại học Columbia và nhà khoa học nghiên cứu cấp cao tại Viện Flatiron ở Thành phố New York, có khả năng các vụ bùng nổ làm nóng và đẩy vật chất lớp vỏ ra ngoài với tốc độ cao.

"Họ đưa ra giả thuyết rằng các điều kiện vật lý của vụ phóng khối lượng mang tính nổ này hứa hẹn cho việc sản xuất các nguyên tố nặng," Patel nói.

Truy tìm một tín hiệu sao

Nhóm nghiên cứu tò mò muốn xem liệu có mối liên hệ nào giữa bức xạ từ các vụ bùng nổ sao từ và sự hình thành các nguyên tố nặng hay không. Các nhà khoa học đã tìm kiếm bằng chứng trong các bước sóng ánh sáng nhìn thấy và tia cực tím. Nhưng Burns tự hỏi liệu vụ bùng nổ có thể tạo ra tia gamma có thể theo dõi hay không.

Ông đã xem xét dữ liệu tia gamma từ vụ bùng nổ sao từ khổng lồ quan sát được lần cuối, xuất hiện vào tháng 12 năm 2004 và được ghi lại bởi INTEGRAL (INTErnational Gamma-Ray Astrophysics Laboratory) hiện đã ngừng hoạt động. Các nhà thiên văn học đã tìm thấy và mô tả đặc điểm của tín hiệu, nhưng vào thời điểm đó không biết cách giải thích nó, Burns nói.

Dự đoán từ mô hình được đề xuất bởi nghiên cứu trước đây của Metzger khớp chặt chẽ với tín hiệu từ dữ liệu năm 2004. Tia gamma giống với những gì nhóm nghiên cứu đề xuất về sự hình thành và phân bố các nguyên tố nặng trong một vụ bùng nổ sao từ khổng lồ.

Dữ liệu từ RHESSI (Reuven Ramaty High Energy Solar Spectroscopic Imager) và vệ tinh Wind của NASA cũng ủng hộ những phát hiện của nhóm. Nghiên cứu dài hạn do liên bang tài trợ đã giúp khám phá ra điều này, Burns nói.

"Khi ban đầu xây dựng mô hình của chúng tôi và đưa ra các dự đoán vào tháng 12 năm 2024, không ai trong chúng tôi biết tín hiệu đã có trong dữ liệu. Và không ai trong chúng tôi có thể tưởng tượng rằng các mô hình lý thuyết của chúng tôi sẽ phù hợp với dữ liệu tốt đến vậy. Đó là một mùa lễ hội khá thú vị cho tất cả chúng tôi," Patel nói. "Thật tuyệt khi nghĩ về cách một số thứ trong điện thoại hoặc máy tính xách tay của tôi được hình thành trong vụ nổ cực độ này trong suốt lịch sử của thiên hà chúng ta."

Tiến sĩ Eleonora Troja, phó giáo sư tại Đại học Rome, người dẫn đầu việc khám phá ra tia X phát ra từ vụ va chạm sao neutron vào năm 2017, cho biết bằng chứng về sự tạo ra các nguyên tố nặng từ sự kiện sao từ "không thể so sánh với bằng chứng thu thập được vào năm 2017." Troja không tham gia vào nghiên cứu mới.

"Sự tạo ra vàng từ sao từ này là một lời giải thích có thể cho ánh sáng tia gamma của nó, một trong nhiều lời giải thích khác như bài viết đã thảo luận một cách trung thực ở phần cuối," Troja nói.

Troja nói thêm rằng các sao từ là "những vật thể rất hỗn loạn." Với việc sản xuất vàng có thể là một quá trình phức tạp đòi hỏi các điều kiện cụ thể, có khả năng các sao từ có thể thêm quá nhiều thành phần sai, chẳng hạn như dư thừa electron, vào hỗn hợp, dẫn đến các kim loại nhẹ như zirconium hoặc bạc, thay vì vàng hoặc uranium.

"Do đó, tôi sẽ không đi xa đến mức nói rằng một nguồn vàng mới đã được khám phá," Troja nói. "Đúng hơn, những gì đã được đề xuất là một con đường thay thế cho việc sản xuất nó."

Các nhà nghiên cứu tin rằng các vụ bùng nổ khổng lồ của sao từ có thể chịu trách nhiệm cho đến 10% các nguyên tố nặng hơn sắt trong Ngân Hà, nhưng một nhiệm vụ trong tương lai có thể cung cấp một ước tính chính xác hơn, Patel nói.

Nhiệm vụ Compton Spectrometer and Imager (COSI) của NASA, dự kiến phóng vào năm 2027, có thể tiếp tục nghiên cứu những phát hiện của nghiên cứu này. Kính viễn vọng tia gamma trường rộng được thiết kế để quan sát các vụ bùng nổ khổng lồ của sao từ và xác định các nguyên tố được tạo ra bên trong chúng. Kính viễn vọng có thể giúp các nhà thiên văn học tìm kiếm các nguồn tiềm năng khác của các nguyên tố nặng trên khắp vũ trụ, Patel nói.

© 2025 CNN

Bản tiếng Việt của  The Canada Life