Vũ trụ kỳ thú: Giải mã bất ngờ vụ nổ sao bí ẩn

12/03/2021 06:00

Những "bông tuyết" nhỏ của uranium phóng xạ kích hoạt các vụ nổ hạt nhân lớn có thể giải thích một số vụ nổ sao bí ẩn của vũ trụ.

Khi các ngôi sao có khối lượng thấp và trung bình "chết" (tiêu thụ hết nhiên liệu phản ứng hạt nhân trong sao), chúng tạo thành sao lùn trắng. Tờ Live Science dẫn nghiên cứu mới cho biết, các nguyên tử uranium chìm xuống lõi của những ngôi sao lùn trắng già cỗi này khi chúng nguội đi, đóng băng thành những tinh thể giống như bông tuyết, không lớn hơn hạt cát.

Tàn tích của siêu tân tinh Kepler, vụ nổ siêu tân tinh loại la nổi tiếng được phát hiện năm 1604. Ảnh: NASA

Ở đó, những "bông tuyết" này có thể hoạt động như một số quả bom hạt nhân nhỏ nhất trong vũ trụ, trở thành "tia lửa châm ngòi thùng thuốc súng" - đồng tác giả nghiên cứu, nhà vật lý lý thuyết Matt Caplan tại Đại học bang Illinois - cho biết.

Ông Caplan nói với Live Science: “Điều quan trọng là phải hiểu những vụ nổ này xảy ra như thế nào, từ sản sinh các nguyên tố đến sự giãn nở của vũ trụ”.

Những vụ nổ sao bất thường này là một phần của cái được gọi là siêu tân tinh loại la (type la supernova). Thông thường, các nhà khoa học cho rằng siêu tân tinh loại la là một trong các loại siêu tân tinh xảy ra từ vụ nổ của sao lùn trắng. Vì các siêu tân tinh loại la phát nổ khi chúng đạt cùng khối lượng nên chúng có cùng độ sáng. Độ sáng đồng nhất này cho phép chúng được sử dụng như một tiêu chuẩn để đo khoảng cách trong vũ trụ.

Tuy nhiên, các nhà thiên văn học đã nhận thấy một số siêu tân tinh loại la hơi mờ hơn mức bình thường. Nghiên cứu mới - được chấp nhận trên tạp chí Physical Review Letters - đưa ra lời giải thích rằng, các sao lùn trắng khối lượng thấp hơn không có sao đôi đồng hành có thể tự phát nổ như siêu tân tinh.

"Có lẽ chúng ta không cần người đồng hành" - đồng tác giả nghiên cứu Chuck Horowitz, một nhà vật lý thiên văn hạt nhân lý thuyết tại Đại học Indiana, nói với Live Science. "Chỉ cần một ngôi sao cũng có thể phát nổ".

Sự ra đời của một quả bom nguyên tử sao

Sao lùn trắng là phần lõi còn sót lại của những ngôi sao có khối lượng nhỏ hơn 10 lần khối lượng mặt trời. Sau khi trút bỏ lớp bên ngoài, sao lùn trắng là những quả bóng lạnh, không cháy, chủ yếu là carbon và oxy cùng một vài nguyên tố khác như uranium. Khi chúng nguội dần qua hàng trăm nghìn năm, các nguyên tử của chúng đóng băng, với các nguyên tử nặng nhất - giống như uranium - chìm xuống lõi và đông đặc trước.

Theo truyền thống, các nhà khoa học nghĩ rằng những sao lùn trắng này, khi hoạt động đơn lẻ, cuối cùng sẽ biến mất thành những chiếc vỏ đen và lạnh. Nhưng trong một số trường hợp, quá trình này có thể tạo tiền đề cho một vụ nổ giống bom hạt nhân lớn.

Khi các nguyên tử uranium chìm va vào nhau, chúng bị đóng băng, tạo thành những bông tuyết phóng xạ cực nhỏ. Trong vòng một giờ sau khi bông tuyết hình thành, một neutron giả đi qua trong lõi có thể đập vào bông tuyết, gây ra sự phân hạch - phản ứng hạt nhân trong đó một nguyên tử bị tách ra.

Sự phân hạch này có thể tạo ra một phản ứng dây chuyền, tương tự như trong một quả bom hạt nhân, cuối cùng đốt cháy phần còn lại của ngôi sao và khiến sao lùn trắng tự phát nổ như một siêu tân tinh.

Tuy nhiên, để phản ứng dây chuyền này xảy ra, cần phải có rất nhiều đồng vị phóng xạ uranium-235. Vì đồng vị này phân hủy tự nhiên theo thời gian, nên kiểu nổ này chỉ có thể xảy ra ở những ngôi sao lớn nhất, có tuổi thọ ngắn nhất.

Những ngôi sao nhỏ hơn, chẳng hạn như mặt trời, khoảng 5 tỉ năm trong tương lai khi nó chết đi, sẽ không còn đủ uranium-235 cho những vụ nổ như vậy vào thời điểm chúng trở thành sao lùn trắng.