(Image: © ESO/L. Calçada)

Chớp gamma là những vụ nổ mạnh và sáng nhất trong vũ trụ, được cho rằng hình thành trong quá trình kiến tạo lỗ đen. Mặc dù diễn ra chỉ trong vài giây ngắn ngủi, chớp gamma sản sinh năng lượng tương đương với năng lượng tỏa ra trong suốt quá trình tồn tại 10 tỷ năm của Mặt Trời. 

Hiện tượng bí ẩn này lần đầu tiên phát hiện vào năm 1967 bởi vệ tinh của Không quân Hoa Kỳ tên là Vela. Theo NASA, tàu thăm dò này được thiết kế để canh chừng các vụ thử nghiệm hạt nhân bí mật của Liên Xô, nhưng nó lại tình cờ phát hiện các tia gamma (bức xạ điện từ mạnh nhất) chói sáng rực rỡ từ bên ngoài Hệ Mặt Trời. Khi hiện tượng này xảy ra, nó trở thành vật thể phát tia gamma sáng nhất trên nền vũ trụ khả kiến trong một giai đoạn ngắn. 

Cho đến tận năm 1991, các nhà thiên văn học mới phóng Đài quan sát tia gamma Compton cùng với Thí nghiệm nguồn bộc phát tức thời (Burst and Transient Source Experiment hay BATSE), và đã khám phá chớp gamma với tần suất xấp xỉ mỗi chớp trong một ngày. Theo trường Đại học Công nghệ Swinburne tại Úc, BATSE phát hiện ra các chớp gamma được phân bố đều trên bầu trời, và điều này chứng minh rằng chúng xuất hiện khắp mọi nơi trong vũ trụ. BATSE cũng cho thấy rằng có hai dạng chớp gamma với tính chất khác biệt: dạng chớp gamma diễn ra trong vòng 2 đến 30 giây và một loại diễn ra ít hơn 2 giây. 

Kể từ đó, các nhà nghiên cứu học được nhiều về các chớp gamma bằng cách phát triển một hệ thống bao gồm các vệ tinh phản ứng nhanh và đài quan sát mặt đất để tích hợp quan sát một chớp gamma ngay sau khi nó được phát hiện. Hệ thống này cung cấp dữ liệu dẫn chứng rằng các chớp gamma nằm ở các thiên hà cách khoảng hàng tỷ năm ánh sáng và, sau vụ bùng phát tia gamma đầu tiên, nguồn phát của vụ nổ tiếp tục sản sinh bức xạ hào quang muộn với bước sóng nằm ở phổ năng lượng thấp hơn.

Các chớp gamma bắt nguồn từ đâu?

Phiên bản thời gian dài của chớp gamma được phát hiện có mối liên hệ với các vụ nổ siêu tân tinh cực mạnh gọi là siêu tân tinh siêu sáng. Theo NASA, hiện tượng này diễn ra khi ngôi sao có khối lượng gấp 5 đến 10 lần khối lượng Mặt Trời kết thúc vòng đời của chúng và co sập thành lỗ đen. Siêu tân tinh siêu sáng có cường độ gấp 100 lần độ sáng của các siêu tân tinh thông thường và cho rằng được tạo ra bởi các ngôi sao quay nhanh hoặc có từ trường đặc biệt mạnh truyền thêm năng lượng vào quá trình cháy của chúng.

Tuy nhiên, các chớp gamma thời gian ngắn chiếm khoảng 30% trong tổng số vẫn là một ẩn số cho đến năm 2005, chủ yếu là do chúng diễn ra quá nhanh và để bắt kịp bằng những quan sát kế tiếp. Sau khi được phóng vào năm 2004, Đài quan sát Neil Gehrels Swift của NASA (trước đây gọi là Tàu thăm dò chớp gamma Swift) cuối cùng cũng thu thập được dữ liệu để quan sát bức xạ hào quang muộn của các chớp gamma. Swift phát hiện rằng chúng có lẽ được tạo thành khi hai ngôi sao tàn dư đậm đặc gọi là sao neutron va chạm và tạo thành lỗ đen, hoặc khi lỗ đen nuốt chửng một sao neutron.

Những vụ bùng phát đó mạnh đến mức chúng tạo thành các gợn sóng trên miền không-thời gian được gọi là sóng hấp dẫn. Hiện nay các nhà nghiên cứu đã khởi động Đài quan trắc sóng hấp dẫn bằng giao thoa kế (LIGO) có khả năng phát hiện sóng hấp dẫn từ những vụ va chạm trên. Họ mong đợi sẽ mang lại thêm nhiều thông tin về những chu trình đằng sau các chớp gamma thời gian ngắn.

(Image credit: NASA/DOE/Fermi LAT Collaboration)

Các chớp bùng phát vẫn là điều bí ẩn

Hiện nay vẫn còn những điều chúng ta chưa biết về những chớp gamma. Những quan sát gần đây cho thấy tất cả các photon phát xạ từ những chớp gamma đều có dao động đẳng hướng, nhưng vì một số nguyên do, hướng của các photon này thay đổi theo thời gian. Merlin Kole, nhà khoa học tại trường Đại học Geneva ở Thụy Sĩ và là một trong những nhà nghiên cứu chính trong nghiên cứu trên, phát biểu sau khi công bố khám phá vào năm 2019 rằng “Chúng ta không hiểu hết được điều này có nghĩa là gì”.

Các chớp gamma dường như tập trung năng lượng vào những chùm tia hẹp hơn là phát xạ đồng đều ở mọi hướng. Điều này cho thấy rằng các vệ tinh của chúng ta đã bỏ lỡ rất nhiều trong số chúng. Các nhà thiên văn học ước lượng rằng, mặc dù các vệ tinh phát hiện xấp xỉ một chớp gamma trong một ngày, có khoảng 500 chớp gamma xuất hiện trong cùng một thời điểm.

Cho đến hiện nay, các chớp gamma chỉ được phát hiện tại các thiên hà xa xôi. Tuy nhiên, một chớp gamma xảy ra trong Dải Ngân Hà của chúng ta là hoàn toàn có thể xảy ra. Thời kì diệt chủng Ordovic - một trong năm sự kiện diệt chủng lớn trên hành tinh của chúng ta - diễn ra cách đây 450 triệu năm và có khả năng xảy ra do các đợt băng hà kích hoạt bởi một chớp gamma. Nếu một chớp gamma mới diễn ra gần Trái Đất, nó sẽ quét sạch tầng bảo vệ ô-zôn và mọi sự sống bị phơi nhiễm bởi các tia cực tím chết chóc. Vì thế, mặc dù các nhà khoa học sẽ trân trọng một cơ hội phát hiện chớp gamma trong tương lai, tốt hơn là chúng không nên được tìm thấy tại thiên hà của chúng ta. 

Author: Trương Lê Gia Bảo
Sinh viên cử nhân ngành Kỹ thuật Không gian, trường Đại học Quốc tế, Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh (HCMIU).


Bài viết xem nhiều