Bí ẩn nguồn gốc vàng trong vũ trụ: Một thiên thể kỳ lạ có thể là 'nhà máy luyện vàng' quy mô lớn

Các giả thuyết lâu nay cho rằng các vụ nổ siêu tân tinh hoặc va chạm giữa những ngôi sao neutron là nguồn gốc chủ yếu tạo ra vàng cùng những nguyên tố nặng khác. Tuy nhiên, theo một nghiên cứu mới công bố trên Tạp chí Astrophysical Journal Letters , sự phong phú của vàng trong vũ trụ dường như không thể chỉ giải thích bằng hai hiện tượng này.

Thay vào đó, các nhà nghiên cứu chỉ ra rằng có thể còn một nguồn sản xuất vàng mạnh mẽ hơn, đến từ một thiên thể hiếm gặp và kỳ lạ: sao từ .

Để hiểu vì sao sao từ lại được xem là ứng viên sáng giá cho vai trò "nhà máy luyện vàng " trong vũ trụ , trước tiên cần nhắc lại nguyên lý hình thành vàng trong các môi trường thiên văn cực đoan.

Khi xảy ra các sự kiện dữ dội như vụ nổ siêu tân tinh hoặc va chạm sao neutron, một lượng lớn neutron được giải phóng trong thời gian ngắn, tạo ra môi trường lý tưởng cho quá trình bắt giữ neutron nhanh (r-process).

Trong quá trình này, hạt nhân nguyên tử hấp thụ liên tiếp các neutron, sau đó trải qua phân rã phóng xạ để tạo thành những nguyên tố nặng hơn sắt, trong đó có vàng . Tuy nhiên, tính toán từ dữ liệu quan sát cho thấy số lượng các sự kiện này dường như không đủ để tạo ra lượng vàng nhiều như con người đang phát hiện được trong vũ trụ .

Điều đó đặt ra một câu hỏi lớn: Liệu có một cơ chế hay nguồn gốc nào khác đang âm thầm đóng vai trò chính trong việc tạo ra vàng ?

Câu trả lời mà nhóm nghiên cứu đưa ra chính là sao từ, một dạng đặc biệt trong họ sao neutron. Sao neutron vốn là tàn dư cực kỳ đặc sau các vụ nổ siêu tân tinh, nơi lõi sao bị nén đến mức proton và electron kết hợp thành neutron.

Kết quả là một thiên thể đường kính chỉ khoảng 10-15 km nhưng có khối lượng gấp hơn Mặt Trời, tạo nên mật độ vật chất gần như không tưởng. Trong số các sao neutron, sao từ đặc biệt nổi bật với từ trường cực mạnh, lên tới 10 ¹⁵ gauss, mạnh gấp hàng triệu lần từ trường Trái Đất. Từ trường này ảnh hưởng mạnh đến vật chất trên bề mặt của sao từ, đặc biệt là lớp vỏ giàu hạt nhân nguyên tử, proton và electron.

Không chỉ đặc biệt vì từ trường, sao từ còn có thể trải qua hiện tượng hiếm gặp gọi là động đất sao (starquake), khi áp lực bên trong khiến lớp vỏ của nó bị xé toạc. Trong những cơn “động đất vũ trụ ” này, vật chất bên trong, đặc biệt là ngay dưới lớp vỏ có thể bị nung nóng tức thì tới hàng tỷ độ, giải phóng một lượng lớn neutron.

Đồng thời, lớp vỏ bị nứt vỡ cũng trở nên linh động, cho phép các phản ứng hạt nhân diễn ra ở cường độ cao trong một không gian bị giới hạn bởi từ trường cực mạnh. Đây chính là điều kiện lý tưởng để xảy ra quá trình bắt giữ neutron nhanh, tạo ra hàng loạt nguyên tố nặng như vàng , platinum và uranium.

Tuy nhiên, việc hình thành vàng trong lòng sao từ vẫn chưa đủ để giải thích sự hiện diện của nó trong vũ trụ . Khối vật chất giàu nguyên tố nặng cần được phóng thích ra không gian để tham gia vào vòng tuần hoàn vũ trụ , góp phần vào sự hình thành các ngôi sao và hành tinh mới.

Quá trình này được thực hiện thông qua một hiện tượng khủng khiếp: vụ nổ khổng lồ của sao từ. Những vụ nổ này, dù chỉ kéo dài vài giây, có thể phát ra năng lượng tương đương hàng trăm nghìn năm phát xạ của Mặt Trời.

Chúng không chỉ đi kèm với bức xạ tia gamma và tia X cực mạnh mà còn đủ sức thổi bay vật chất chứa vàng và các nguyên tố nặng ra không gian với tốc độ cực cao.

Để xác minh giả thuyết táo bạo này, các nhà nghiên cứu đã tìm kiếm bằng chứng quan sát trùng khớp với dự đoán lý thuyết. Một trong những sự kiện nổi bật nhất được đem ra phân tích là vụ bùng nổ tia gamma ngày 27 tháng 12 năm 2004, xuất phát từ sao từ SGR 1806-20 .

Đây là một trong những vụ nổ tia gamma mạnh nhất từng được con người ghi nhận. Khi phân tích phổ tia gamma từ sự kiện này, các nhà khoa học phát hiện nó gần như trùng khớp hoàn toàn với phổ phân rã phóng xạ của các hạt nhân nguyên tử nặng không ổn định, sản phẩm trực tiếp của quá trình bắt giữ neutron nhanh mà họ giả thuyết.

Điều đó có nghĩa là, ít nhất trong sự kiện này, sao từ đã thực sự tạo ra một lượng lớn các nguyên tố nặng, trong đó có vàng .

Ước tính, riêng vụ nổ ngày 27/12/2004 đã sinh ra lượng nguyên tố nặng tương đương khoảng một phần ba khối lượng Trái Đất, một con số khổng lồ và đáng kinh ngạc nếu xét đến chỉ một vụ nổ duy nhất.

Dù sao từ là một thiên thể hiếm gặp, nhưng với không gian vũ trụ rộng lớn và lịch sử kéo dài hàng tỷ năm, những sự kiện như vậy, dù hiếm, vẫn có thể xảy ra đủ nhiều để đóng vai trò quan trọng trong việc làm giàu vàng cho vũ trụ .

Phát hiện này không chỉ mở ra hướng giải thích mới về nguồn gốc vàng trong vũ trụ mà còn giúp giới khoa học hiểu sâu hơn về các cơ chế hình thành nguyên tố nặng, mối liên hệ giữa vật lý hạt nhân và thiên văn học, cũng như vai trò của những thiên thể kỳ dị như sao từ trong việc “rèn” nên những yếu tố cơ bản tạo nên hành tinh và cả sự sống.

Nhìn rộng hơn, nó còn là lời nhắc nhở rằng ngay cả những vật thể xa xôi và hiếm hoi nhất trong vũ trụ cũng có thể ảnh hưởng đến những thứ rất quen thuộc trên Trái Đất, như chiếc nhẫn vàng bạn đang đeo, có thể từng là một phần của vụ nổ từ một sao từ ở cách chúng ta hàng trăm nghìn năm ánh sáng.

Vũ trụ vẫn đầy rẫy những điều kỳ diệu chờ được khám phá và đôi khi, chúng lấp lánh như vàng .