NASA tìm thấy manh mối về nguồn gốc vàng trong vũ trụ từ dữ liệu “bỏ quên” suốt 20 năm

Một nghiên cứu mới đây cho thấy, chính những dữ liệu cũ kỹ từ đầu những năm 2000 của NASA và Cơ quan Vũ trụ châu Âu (ESA) có thể đang nắm giữ lời giải cho một trong những bí ẩn lớn nhất của vật lý thiên văn hiện đại: vàng và các nguyên tố nặng trong vũ trụ đến từ đâu.

Chúng ta biết khá rõ về nguồn gốc của những nguyên tố nhẹ như hydro, heli – hình thành từ thuở sơ khai vũ trụ, chỉ vài trăm nghìn năm sau Big Bang. Các nguyên tố nặng hơn, từ heli đến sắt, được tạo ra trong lõi các ngôi sao thông qua quá trình nhiệt hạch. Nhưng khi bước qua ranh giới của sắt – đến với vàng, uranium và các nguyên tố nặng hơn – thì mọi thứ bắt đầu trở nên mơ hồ. Theo nhà nghiên cứu Anirudh Patel từ Đại học Columbia, đây là "một câu đố lớn mà đến giờ vẫn chưa có lời giải cuối cùng".

Trong giới khoa học, quy trình hình thành các nguyên tố nặng được gọi là quá trình bắt neutron nhanh (r-process), nơi các hạt nhân nguyên tử "nuốt" nhanh chóng nhiều neutron trong thời gian cực ngắn, tạo ra các nguyên tố cực kỳ nặng. Vấn đề là: chúng ta vẫn chưa xác định được đâu là nơi tạo ra điều kiện khắc nghiệt như vậy để quá trình này xảy ra.

Các ứng viên khả dĩ đã được nêu ra: từ va chạm giữa hai sao neutron, đến các vụ nổ siêu tân tinh, hay các dòng vật chất phát ra từ đĩa accretion quanh lỗ đen. Nhưng tất cả đều có điểm yếu. Ví dụ, các vụ va chạm sao neutron được cho là xảy ra quá muộn trong lịch sử vũ trụ để giải thích sự xuất hiện sớm của vàng và các nguyên tố nặng khác.

Nhóm nghiên cứu mới đây đã "lật lại hồ sơ", truy tìm các tín hiệu phù hợp trong dữ liệu lưu trữ từ kính thiên văn gamma của ESA – INTEGRAL – và các đài quan sát của NASA. Bất ngờ, họ tìm thấy một tín hiệu mờ nhưng đầy hứa hẹn, phát ra từ một sự kiện bùng nổ dữ dội xảy ra vào tháng 12 năm 2004. Tín hiệu này đến từ một magnetar – một dạng sao neutron đặc biệt có từ trường mạnh gấp hàng triệu lần Trái Đất.

Sau khi đối chiếu mô hình lý thuyết với dữ liệu quan sát, nhóm nghiên cứu nhận thấy tín hiệu đó trùng khớp một cách đáng kinh ngạc với dự đoán về một sự kiện nơi các nguyên tố nặng được hình thành và phát tán ra không gian.

Nếu được xác nhận, điều này đồng nghĩa với việc magnetar – không phải va chạm sao neutron – có thể là nguồn gốc của 1 đến 10% nguyên tố nặng trong toàn bộ thiên hà, bao gồm cả vàng. Quan trọng hơn, các vụ phun trào từ magnetar có thể xảy ra sớm hơn nhiều trong lịch sử vũ trụ, phù hợp với sự hiện diện sớm của vàng mà chúng ta quan sát được ngày nay.

"Đây là nguồn r-process thứ hai được xác nhận sau các vụ va chạm sao neutron. Nó có thể làm thay đổi cách chúng ta hiểu về quá trình tiến hóa hóa học của cả thiên hà," nhóm nghiên cứu viết trong bài báo công bố trên The Astrophysical Journal Letters.

Mặc dù đây là một bước tiến quan trọng, các nhà khoa học vẫn nhấn mạnh rằng cần thêm dữ liệu để xác thực mô hình này. Rất may, nhiệm vụ COSI (Compton Spectrometer and Imager) của NASA – dự kiến phóng vào năm 2027 – sẽ giúp thu thập thêm tín hiệu gamma từ những vụ nổ tương tự để kiểm chứng giả thuyết này.

"Thật tuyệt khi nghĩ rằng một phần vàng trong điện thoại hay laptop của tôi có thể được hình thành từ một vụ nổ dữ dội của một ngôi sao cách đây hàng tỷ năm," Patel chia sẻ.