Những vụ bùng phát năng lượng khổng lồ từ các sao neutron có từ trường siêu mạnh, gọi là magnetar, có thể là nguồn gốc hình thành vàng và các kim loại nặng khác từ rất sớm trong vũ trụ, chỉ sau vài trăm triệu năm kể từ vụ nổ Big Bang – Ảnh: NASA
Vàng từ đâu đến?
Vàng là một trong những kim loại quý giá và hiếm có trong tự nhiên, nhưng nguồn gốc chính xác của nó vẫn là điều bí ẩn lớn đối với các nhà khoa học trong suốt nhiều thập kỷ.
Trước đây, giới thiên văn học từng xác định rằng vàng được tạo ra trong các vụ va chạm giữa hai sao neutron, các tàn tích siêu đậm đặc của sao chết, như sự kiện lịch sử năm 2017 cách Trái đất 130 triệu năm ánh sáng. Vụ va chạm này đã phát ra sóng hấp dẫn và ánh sáng chứa dấu hiệu của các nguyên tố nặng như vàng và bạch kim.
Tuy nhiên, vấn đề là các vụ va chạm như vậy cần thời gian hàng tỉ năm để xảy ra sau khi các sao được hình thành và tiến hóa. Điều đó không thể giải thích cho sự hiện diện của vàng trong những thiên hà sơ khai, vốn đã hình thành chỉ sau vài trăm triệu năm sau Big Bang.
Tìm kiếm “lò luyện vàng” của vũ trụ
Theo The Astrophysical Journal Letters, các nhà khoa học của Đại học Columbia (Mỹ) thực hiện một nghiên cứu với giả thuyết đột phá: các vụ nổ từ magnetar có thể là nguồn gốc tạo ra các nguyên tố nặng, bao gồm cả vàng, ngay từ giai đoạn sớm của vũ trụ.
Các magnetar được cho là đã tồn tại từ thời kỳ sơ khai của vũ trụ. Theo nhóm nhà khoa học, chúng có thể đóng góp đến 10% tổng lượng nguyên tố nặng hơn sắt trong Dải Ngân hà.
Để kiểm chứng giả thuyết, nhóm nhà khoa học đã phân tích dữ liệu từ các kính thiên văn của NASA và Cơ quan Vũ trụ châu Âu (ESA) thu thập trong hơn hai thập kỷ qua, đặc biệt tập trung vào một sự kiện giant flare từ magnetar xảy ra vào năm 2004.
Thời điểm đó, các nhà khoa học chỉ ghi nhận một tín hiệu tia gamma nhỏ, chưa thể lý giải rõ ràng. Tuy nhiên theo phân tích mới, các nhà khoa học nhận thấy những tín hiệu bí ẩn từ vụ nổ đó có thể chính là dấu vết của quá trình hình thành các kim loại nặng, bao gồm cả vàng.
Cụ thể, các vụ bùng phát năng lượng khổng lồ (giant flare) của magnetar, xảy ra khi cấu trúc bên trong của ngôi sao rung chuyển (hiện tượng “động đất sao”), có thể phóng ra lượng lớn neutron và các hạt vật chất từ lớp vỏ vào không gian.
Dưới điều kiện nhiệt độ và áp suất cực cao, các nguyên tử nhẹ trong lớp vỏ của magnetar có thể hấp thụ liên tiếp nhiều neutron, kích hoạt quá trình r-process (phản ứng bắt neutron nhanh), một cơ chế hình thành các nguyên tố nặng hơn sắt.
Điều này khớp với giả thuyết về cách mà các nguyên tử nhẹ có thể hấp thụ nhiều neutron một lúc trong môi trường cực kỳ đậm đặc của magnetar, tạo ra phản ứng phân rã hạt nhân dây chuyền, biến nguyên tử nhẹ thành nguyên tố nặng hơn. Đây chính là quá trình mà các nhà khoa học tin rằng đã sinh ra vàng trong vũ trụ.
Trong tương lai, nhóm nghiên cứu sẽ tiếp tục khai thác dữ liệu từ các vụ nổ magnetar trong quá khứ. Đặc biệt, kính thiên văn tia gamma thế hệ mới, Compton Spectrometer and Imager (COSI), dự kiến được NASA phóng vào năm 2027, hứa hẹn mở ra nhiều phát hiện đột phá trong lĩnh vực vật lý thiên văn.