 |
Tycho, một trong những tàn dư siêu tân tinh được nghiên cứu tốt nhất, có thể đã từng đóng vai trò là máy gia tốc mạnh nhất trong vũ trụ trong một thời gian ngắn, theo nghiên cứu mới. (Ảnh: MPIA/NASA/Đài quan sát Calar Alto) |
Trong gần một thế kỷ, các nhà thiên văn học đã phát hiện ra các phân tử năng lượng cao đang chảy vào từ vũ trụ xa xôi. Được gọi là tia vũ trụ, chúng chủ yếu được tạo thành từ các proton và đôi khi là hạt nhân của các nguyên tố nặng hơn. Hầu hết các tia vũ trụ đều bị từ trường Trái đất làm lệch hướng hoặc bị hấp thụ trong tầng khí quyển trên, nhưng một số tia vẫn có thể đi đến tận bề mặt. Cứ khoảng một giây, một tia vũ trụ lại có thể tấn công cơ thể bạn.
Tia vũ trụ trải dài trên một phạm vi năng lượng rộng, với những tia mạnh nhất có thể đạt tới một peta-electron volt (PeV). Tức là một nghìn tỷ electron volt, hoặc mạnh hơn tới một nghìn lần so với năng lượng va chạm của Máy gia tốc phân tử lớn, máy đập vỡ nguyên tử mạnh nhất thế giới.
Cái chết bùng nổ của các ngôi sao gây ra tia vũ trụ cực mạnh?
Các nhà thiên văn học từ lâu đã nghi ngờ rằng, cái chết bùng nổ của các ngôi sao lớn có thể là nguyên nhân gây ra các tia vũ trụ cực mạnh. Xét cho cùng, các siêu tân tinh này có tất cả các thành phần phù hợp: Có một vụ nổ với năng lượng dư thừa, một dòng các phân tử cơ bản và từ trường có thể khiến các phân tử đó trở nên điên cuồng trước khi giải phóng chúng vào vũ trụ.
Trong một bài báo trên tạp chí Astronomy & Astrophysics, các nhà nghiên cứu đã giải cứu giả thuyết siêu tân tinh và phát hiện ra rằng, trong những trường hợp đặc biệt, tàn dư siêu tân tinh thực sự có khả năng trở thành "PeVatron", tức là các vụ nổ có khả năng tạo ra tia vũ trụ PeV.
Nhóm nghiên cứu phát hiện ra rằng, trước khi trở thành siêu tân tinh, một ngôi sao phải mất một lượng khối lượng đáng kể, ít nhất là vật chất của hai mặt trời. Điều này khá phổ biến, vì gió mạnh có thể thổi bay các lớp ngoài của bầu khí quyển của một ngôi sao trước vụ nổ chính. Nhưng quan trọng là, vật chất đó không thể phân tán quá rộng. Nó phải duy trì độ đặc, chặt chẽ và gần với ngôi sao.
Sau đó, khi siêu tân tinh cuối cùng xảy ra, sóng xung kích từ ngôi sao phát nổ đập vào lớp vỏ vật chất này. Và rồi mọi thứ trở nên hỗn loạn.
Khi cú sốc đi qua lớp vỏ xung quanh, từ trường tăng lên thành năng lượng cực mạnh. Những từ trường này lấy bất kỳ nguyên tử ngẫu nhiên nào, các mảnh vỡ trong lớp vỏ và tăng tốc chúng, làm chúng nảy qua lại trong sóng xung kích. Với mỗi lần nảy, phân tử thu được nhiều năng lượng hơn. Cuối cùng, nó có đủ năng lượng để thoát khỏi sự hỗn loạn hoàn toàn và chảy vào vũ trụ.
Nhưng trong vòng vài tháng, hệ thống mất dần sức mạnh khi sóng xung kích chậm lại. Nó vẫn tạo ra nhiều tia vũ trụ, nhưng không vượt quá ngưỡng PeV.
Kịch bản này giải thích tại sao chúng ta chưa quan sát trực tiếp bất kỳ PeVatron nào đang hoạt động. Mặc dù một siêu tân tinh nổ ra trong Ngân Hà vài năm một lần, nhưng không có siêu tân tinh nào đủ gần trong thời hiện đại để chúng ta có thể quan sát được khi chúng có thể đẩy nhanh các tia vũ trụ đến mức năng lượng cực đại này.
