"Nhà máy" vũ trụ sản xuất số kim loại nặng bằng 1.000 Trái đất

Một vụ nổ cách Trái đất 3 tỷ năm ánh sáng tạo ra đủ kim loại nặng với tổng khối lượng vượt quá mọi hành tinh, mặt trăng và tiểu hành tinh trong hệ Mặt trời gộp lại.

Năm 2021, Đài quan sát Chim yến Neil Gehrels phát hiện vụ sáp nhập của hai thiên thể đặc gọi là kilonova và đặt tên là GRB 211211A. Đây là ví dụ gần nhất của sự kiện thiên văn hiếm gặp này mà con người không phát hiện cùng với sóng hấp dẫn. GRB 211211A rất khác thường bởi chớp tia gamma (GRB) mà nó tạo ra kéo dài một phút. Trước đây, khoảng thời gian này chỉ gắn liền với GRB từ vụ nổ siêu tân tinh thay vì sao neutron hợp nhất.

Mô phỏng tia chớp gamma GRB 211211A. (Ảnh: Soheb Mandhai/ @TheAstroPhoenix)

Bốn nghiên cứu công bố cùng lúc trên tạp chí Nature mô tả phát hiện và quá trình có thể tạo ra sự kiện như vậy, IFL Science hôm 15/8 đưa tin. Tuy nhiên, phần thú vị nhất của sự kiện có lẽ là số lượng nguyên tố nặng tạo ra từ vụ nổ rất đáng kinh ngạc, bao gồm những kim loại quý như vàng và bạch kim.

"Chúng tôi nhận thấy sự kiện này tạo ra số nguyên tố nặng lớn gấp khoảng 1.000 lần khối lượng Trái đất. Điều này ủng hộ giả thuyết vụ nổ kilonova là nhà máy sản xuất vàng chính trong vũ trụ", tiến sĩ Matt Nicholl ở Đại học Birmingham, cho biết.

Các ngôi sao thông thường hợp nhất hydro thành heli, sau đó biến heli thành nguyên tố khác trong suốt vòng đời. Khi chết đi, ngôi sao khối lượng thấp tạo ra một số nguyên liệu mới, nhưng phần lớn nguyên tố đòi hỏi phương thức ra đời dữ dội hơn. Nguyên tố như nhôm và kali hình thành trong vụ nổ siêu tân tinh, nhưng các nhà thiên văn học nghi ngờ có một nguồn nguyên tố nặng khác do số lượng vụ nổ siêu tân tinh mà họ đã gặp không tương ứng với mức độ dồi dào của chúng.

Khi sao neutron kết hợp, năng lượng do chúng giải phóng dẫn tới hình thành số lượng kim loại nặng lớn hơn nhiều so với vụ nổ siêu tân tinh. Dù kilonova hiếm gặp hơn hẳn so với siêu tân tinh, chúng sản xuất nhiều nguyên tố nặng hơn và chiếm phần lớn kim loại nặng tồn tại trong trong vũ trụ. Hãy hình dung Mặt trời có khối lượng gấp 330.000 lần Trái đất và 99,5% vỏ Trái đất chứa nguyên tố không nặng hơn sắt. Điều đó chứng tỏ "nhà máy vàng trong vũ trụ" có quy mô cực lớn.

Để biết sự kiện như GRB 211211A đóng góp gì vào sự tồn tại của nguyên tố nặng trong vũ trụ, các nhà nghiên cứu cần biết mức độ phổ biến của chúng. Những GFB dài khác từng được phát hiện riêng biệt không đi kèm vụ nổ siêu tân tinh, nhưng họ không thể chắc chắn nguyên nhân là vị nổ kilonova. Giới nghiên cứu vẫn đang khám phá điều gì gây ra GRB 211211A. Một giả thuyết là sự sáp nhập của sao neutron và sao lùn trắng thay vì hai sao neutron.