Phát hiện ra nguồn gốc gây bất ngờ của vàng và các kim loại nặng trên Trái Đất

Tranh vẽ minh họa Sao Từ. Ảnh: JPL-Caltech/NASA

Theo tờ Washington Post ngày 4/5, ngay cả khi Trái Đất thời kỳ đầu có nước và oxy, hành tinh này vẫn cần một thành phần khác để sự sống có thể phát triển: kim loại nặng. Nếu không có các kim loại nặng, điện thoại di động, lõi Trái đất và thậm chí là quá trình chuyển hóa của con người cũng sẽ không tồn tại. Tuy nhiên, các nhà khoa học đã từ lâu thắc mắc về nguồn gốc và sự phân bố của những nguyên tố này trong vũ trụ của chúng ta.

Nghiên cứu mới đây đã phát hiện ra rằng các nguyên tố nặng, từ sắt đến urani, có thể đã được hình thành sau những vụ phun trào trên một loại sao hiếm là Sao từ. Sao Từ là sao đã tồn tại trước khi hệ Mặt Trời được hình thành, có thể là nguồn gốc ban đầu của các kim loại quý như vàng trên hành tinh chúng ta.

Kết luận trên dựa trên nghiên cứu được công bố vào ngày 29/4 trong tạp chí The Astrophysical Journal Letters (Thư Khoa học Thiên văn học).

Ông Anirudh Patel, tác giả chính của nghiên cứu, cho biết: “Chúng ta nghĩ về các thành phần cơ bản của mọi vật chất, đó chỉ là các neutron, proton và electron. Câu hỏi là làm thế nào mà thiên nhiên có thể biến những khối cơ bản này thành những vật chất phức tạp mà chúng ta thấy xung quanh mình”.

Khám phá vật thể đặc nhất trong vũ trụ

Trong suốt nhiều năm qua, các nhà khoa học đã đưa ra danh sách các yêu cầu cần có để tạo ra kim loại nặng: thứ nhất, cần một lượng lớn neutron và proton trong một khu vực đặc, nơi chúng có thể va chạm với nhau. Thứ hai, cần có nhiều neutron hơn proton, nếu không proton sẽ đẩy nhau ra và các liên kết bên trong hạt nhân sẽ bị phá vỡ.

Câu trả lời rõ ràng với một nhà vật lý thiên văn là sao neutron. Đây là vật thể đặc nhất trong vũ trụ của chúng ta, thực sự chứa đầy neutron. Khi một ngôi sao khổng lồ trải qua vụ nổ siêu tân tinh và lõi của nó sụp xuống, lõi đã sụp là sao neutron. Nó có thể nặng gấp đôi Mặt Trời nhưng lại được nén vào một vật thể có kích thước bằng khu vực Washington, D.C.

Ông Eric Burns, đồng tác giả của nghiên cứu và nhà vật lý thiên văn tại Đại học Louisiana, nói: “Nếu làm rối loạn sao neutron, ta đã giải phóng vật chất đặc nhất trong vũ trụ chủ yếu là neutron”.

Vào năm 2017, các nhà khoa học đã phát hiện hai sao neutron va chạm lần đầu tiên và đây là một “nhà máy kim loại” thực sự. Lượng vàng được tạo ra từ sự kiện này nhiều gấp vài lần khối lượng của Trái đất.

Ông Patel, nghiên cứu sinh tiến sĩ tại Đại học Columbia, cho biết: “Đó thực sự là lần đầu tiên chúng ta có thể xác nhận rằng những nguyên tố nặng này có thể được tạo ra trong vụ va chạm của hai sao neutron”.

Tuy nhiên, ông cũng nói rằng sự kiện sao neutron va chạm không thể là nguồn duy nhất. Thứ nhất, những sự kiện này xảy ra khá muộn trong lịch sử thiên hà, không giải thích được việc các ngôi sao hình thành sớm hơn trong vũ trụ đã có những kim loại nặng này. Thứ hai, các vụ va chạm cũng rất hiếm, xảy ra khoảng một lần mỗi 100.000 năm và không thể là nguồn cung cấp kim loại nặng duy nhất trên toàn vũ trụ.

Bùng phát tia gamma

Ẩn mình trong vực sâu của không gian, một nguồn khác khả dĩ đã được phát hiện.

Sao neutron có nhiều loại khác nhau. Lấy một sao neutron cơ bản, đặt một trường từ tính cực mạnh lên trên và ta có một Sao Từ. Sau đó, hãy quan sát Sao Từ nổ. Nhóm nghiên cứu cho rằng vụ nổ có thể sẽ đủ để tạo ra một “cơn sốt vàng” thực sự.

Sao từ rất hiếm trong vũ trụ, nhưng chúng nổ khá thường xuyên và được cho là đã tồn tại từ sớm trong thiên hà của chúng ta, xảy ra sớm hơn và thường xuyên hơn các sự kiện va chạm sao neutron. Nhưng các nhà khoa học vẫn phải quan sát liệu một đợt bùng phát gamma lớn từ sao từ có thể tạo ra kim loại nặng hay không

Chỉ có ba đợt bùng phát gamma của sao từ ấn tượng như vậy đã được ghi nhận trong 60 năm qua, nhưng sự kiện lớn nhất đã được quan sát vào năm 2004. Một Sao từ đã nổ với một lượng năng lượng lớn đến mức ảnh hưởng tới tầng điện ly của Trái đất, dù cách xa 30.000 năm ánh sáng.

Ông Brian Metzger, đồng tác giả nghiên cứu và nhà vật lý thiên văn tại Đại học Columbia, cho rằng đợt bùng phát này có thể là sự vật sáng nhất ngoài Hệ Mặt trời mà chúng ta từng thấy.

Sao từ đã phát ra một đợt ánh sáng mạnh mẽ, nhưng cũng đã phun ra vật chất từ bề mặt của sao neutron. Khi vật chất từ sao được phun ra, mở rộng và làm mát, các proton và neutron cơ bản đã tái hợp lại để tạo ra các nguyên tố nặng dần như vàng, bạch kim và urani. Đây là một quá trình gọi là "bắt nhanh neutron". Khi những nguyên tố nặng này được tạo ra, chúng trở thành các chất phóng xạ và không ổn định. Sau đó chúng phân hủy thành các dạng ổn định, giải phóng năng lượng dưới dạng tia gamma trong quá trình này.

Đợt bùng phát kể trên đã tạo ra một lượng lớn nguyên tố nặng, vượt qua khối lượng của sao Hỏa.

“Đây là một diễn biến rất thú vị”, bà Hsin-Yu Chen, nhà vật lý thiên văn tại Đại học Texas ở Austin, nhận xét. Bà nói: “Diễn biến này cho thấy bằng chứng quan sát mới về một cách khác để tạo ra kim loại nặng trong vũ trụ”.

Còn theo bà Anna Frebel, Giáo sư vật lý và trưởng khoa vật lý thiên văn tại MIT, các nhà khoa học từ lâu nghi ngờ rằng các nguyên tố nặng có thể được tạo ra theo nhiều cách, nhưng cho đến nay, chưa thể chứng minh rõ ràng.

Cả hai nhà vật lý trên đều đồng ý rằng những phát hiện này có thể giúp giải thích cách các nguyên tố nặng được hình thành sớm trong vũ trụ theo những cách mà các vụ va chạm sao neutron không thể giải thích.

Ở một mức độ gần gũi hơn, bà Frebel cho biết bây giờ chúng ta có thể nói rằng vàng và trang sức bạch kim có lẽ đến từ những vụ bùng phát và va chạm sao neutron đã hoạt động trong khoảng một tỷ năm trước khi Mặt Trời được sinh ra.

Tổng thể, tất cả các đợt bùng phát gamma khổng lồ từ sao từ có thể đóng góp từ 1 đến 10% của tất cả các nguyên tố nặng hơn sắt trong thiên hà./.

Theo TTXVN

Nguồn: https://baotintuc.vn/khoa-hoc-cong-nghe/phat-hien-ra-nguon-goc-gay-bat-ngo-cua-vang-va-cac-kim-loai-nang-tren-trai-dat-20250505113443109.htm