Khám phá cách các nguyên tố nặng trong vũ trụ hình thành

Lần đầu tiên, các nhà khoa học đã phát hiện ra một nguyên tố nặng mới được sinh ra trong không gian, được tạo ra sau hậu quả của vụ va chạm giữa một cặp sao chết được gọi là sao neutron.

Các phát hiện đã làm sáng tỏ cách thức các nguyên tố nặng nhất của vũ trụ được tạo ra, cung cấp một mảnh ghép còn thiếu về sự hình thành nguyên tố hóa học, các nhà nghiên cứu cho biết trong một nghiên cứu mới.

Kết quả cũng xác nhận rằng "sao neutron có neutron trong đó", tác giả chính của nghiên cứu Darach Watson, nhà vật lý thiên văn tại Viện Niels Bohr của Đại học Copenhagen nói với Space.com.

Nguồn ảnh: Phys.

"Nghe có vẻ thật ngớ ngẩn, nhưng đó là điều mà chúng ta chưa biết chắc chắn. Bây giờ, mọi thứ chúng ta đã tìm thấy chỉ ra rằng, các nguyên tố chỉ hình thành khi có nhiều neutron".

Ba nguyên tố nhẹ nhất của vũ trụ - hydro, heli và lithium - đã được tạo ra trong những khoảnh khắc đầu tiên của vũ trụ, ngay sau Vụ nổ Big Bang. Hầu hết số lượng các nguyên tố nặng hơn lithium đã được rèn hàng tỷ năm sau đó trong lõi của các ngôi sao.

Nhưng làm thế nào các nguyên tố nặng hơn sắt, như vàng và uranium được tạo ra từ lâu. Nghiên cứu trước đây đã đề xuất một manh mối quan trọng: Để các nguyên tử phát triển đến kích thước lớn, chúng cần hấp thụ nhanh neutron.

Việc bắt neutron nhanh như vậy, gọi tắt là "quá trình r", chỉ xảy ra trong tự nhiên trong môi trường khắc nghiệt nơi các nguyên tử bị bắn phá bởi số lượng lớn neutron.

Có nghiên cứu cho rằng, các nguyên tố r-process có thể là hậu quả thảm khốc của sự hợp nhất giữa các sao neutron, nó nằm trong lõi siêu nặng của các ngôi sao bị bỏ lại sau những cái chết thảm khốc, khủng khiếp được gọi là siêu tân tinh. Tên sao neutron xuất phát từ cách lực hấp dẫn của chúng đủ mạnh để nghiền nát các proton và electron với nhau để tạo thành neutron.

Năm 2017, lần đầu tiên các nhà thiên văn chứng kiến một cặp sao neutron hợp nhất. Các nhà khoa học đã thực hiện khám phá bằng cách phát hiện sóng hấp dẫn trong kết cấu không gian, phát ra từ vụ va chạm xảy ra cách Trái đất khoảng 130 triệu năm ánh sáng.

Sau khi phát hiện ra sự hợp nhất này, nó được đặt tên là GW170817, các nhà khoa học tiếp tục thực hiện các quan sát bằng kính viễn vọng từ Trái đất.

Watson và các đồng nghiệp đã nghi ngờ rằng, nếu các yếu tố nặng hơn hình thành trong GW170817, dấu hiệu các yếu tố đó có thể được phát hiện trong hậu quả bùng nổ của vụ sáp nhập, được gọi là kilonova. Họ tập trung vào các bước sóng ánh sáng, hoặc các vạch quang phổ, thông qua quang phổ, các nhà khoa học đã liên kết với các yếu tố cụ thể.

Công việc trước đây cho thấy có sự hiện diện của các nguyên tố nặng trong kilonova nhưng cho đến nay, các nhà thiên văn học không thể xác định chính xác các yếu tố riêng lẻ sau hậu quả. Điều này là do "các yếu tố nặng hơn có thể tạo ra sự pha trộn của hàng chục triệu vạch quang phổ".

Tuy nhiên, bằng cách phân tích lại dữ liệu từ vụ sáp nhập năm 2017, Watson và các đồng nghiệp của mình hiện đã xác định được dấu hiệu của nguyên tố nặng strontium trong quả cầu lửa.

Trên trái đất, strontium được tìm thấy tự nhiên trong đất và tập trung ở một số khoáng chất. Các hợp chất Strontium thậm chí còn giúp làm cho pháo hoa có màu đỏ rực rỡ.