Vật thể chết "hòa tan" chính mình, bắn phóng xạ khắp vũ trụ

Một nghiên cứu mới vừa công bố trên tạp chí Astrophysical Journal tiết lộ rằng những photon năng lượng cực cao sinh ra từ vòi phun tia gamma bùng nổ (GRB) của các ngôi sao đang hấp hối trong vũ trụ có khả năng "hòa tan" các lớp ngoài của chính nó thành các neutron tự do.

Quá trình này sau đó kích hoạt một loạt các phản ứng vật lý dẫn đến sự hình thành của các nguyên tố nặng, mở ra một góc nhìn mới về quá trình tiến hóa hóa học của vũ trụ.

Các nhà khoa học từ lâu đã biết rằng các nguyên tố nặng nhất trong bảng tuần hoàn, như uranium và plutonium, đòi hỏi môi trường khắc nghiệt với lượng neutron dồi dào để hình thành.

Neutron là những hạt không mang điện tích, thường tồn tại ổn định bên trong hạt nhân nguyên tử. Neutron tự do lại rất hiếm trong vũ trụ do chúng có thời gian bán rã rất ngắn, chỉ khoảng 15 phút.

TS Matthew Mumpower đến từ Phòng thí nghiệm Quốc gia Los Alamos (Mỹ), đồng tác giả của nghiên cứu, giải thích sự hình thành của các nguyên tố nặng như uranium và plutonium đòi hỏi những điều kiện rất cực đoan.

Chỉ có một vài kịch bản khả thi nhưng hiếm gặp trong vũ trụ, ví dụ các vụ sáp nhập sao neutron hoặc các sự kiện siêu tân tinh đặc biệt, nơi mật độ neutron cực cao.

Nhưng rõ ràng các nguyên tố phóng xạ nói trên đã góp phần cấu thành hành tinh của chúng ta - và của các hành tinh khác nữa - cho thấy nó cần một cách khác để hình thành, một cách thức phổ biến hơn.

Nhóm của TS Mumpower đã tìm thấy nó ở các ngôi sao khổng lồ đang hấp hối.

Cơ chế then chốt là quá trình bắt neutron nhanh (r-process), chịu trách nhiệm cho sự hình thành của toàn bộ thorium, uranium và plutonium tự nhiên.

Theo kịch bản được đề xuất, khi một ngôi sao khổng lồ hết nhiên liệu hạt nhân, nó không còn lực để chống lại lực hấp dẫn của chính mình. Khi đó, lõi của nó sụp đổ thành một lỗ đen.

Nếu lỗ đen này quay đủ nhanh, từ trường hấp dẫn cực mạnh gần lỗ đen sẽ làm xoắn từ trường và phóng ra một vòi phun vật chất và năng lượng cực mạnh, chính là GRB.

GRB xuyên qua ngôi sao, tạo ra một lớp vỏ nóng bao quanh chính nó. Tại ranh giới giữa GRB và vật chất sao, các photon năng lượng cao tương tác với hạt nhân nguyên tử, chuyển đổi proton thành neutron.

Các hạt nhân nguyên tử hiện có cũng có thể bị "hòa tan" thành các nucleon riêng lẻ, tạo ra nhiều neutron tự do hơn để thúc đẩy quá trình bắt neutron nhanh.

Khung lý thuyết về quá trình các ngôi sao khổng lồ tự "hòa tan" chính mình này cũng có thể giải thích nguồn gốc các vụ nổ sao siêu mạnh gọi là kilonova trong vũ trụ, và là một kịch bản mới cho thấy cuộc đời các ngôi sao có thể kết thúc như thế nào.