Sáp nhập sao tạo ra các hạt năng lượng cao nhất vũ trụ, theo lý thuyết mới
Các tia vũ trụ năng lượng siêu cao là những hạt có năng lượng lớn nhất trong vũ trụ này, những hạt có mức năng lượng gấp một triệu lần so với mức năng lượng con người có thể đạt được. Nhưng sự tồn tại của các tia vũ trụ siêu cao được biết tới từ 60 năm trước, các nhà nghiên cứu vẫn chưa thể thành công trong việc mô hình hóa một giải thích thỏa đáng về nguồn gốc của chúng để đi tới giải thích được mọi thứ mình quan sát được.
Nhưng một lý thuyết mới do nhà vật lý ĐH New York Glennys Farrar đã có thể cung cấp một lời giải thích khả thi và có thể kiểm chứng được về cách các tia vũ trụ năng lượng siêu cao được tạo ra như thế nào.
“Sau sáu thập kỷ nỗ lực, nguồn gốc của các hạt năng lượng cao bí ẩn trong vũ trụ này cuối cùng có thể được nhận diện”, theo Farrar, giáo sư vật lý Collegiate và giáo sư Julius Silver, Rosalind S. Silver và Enid Silver Winslow tại NYU (Đây một trong những danh hiệu cao quý nhất mà NYU có thể trao cho giảng viên của mình. NYU có 75 giáo sư Silver, hai phần ba trong số đó thuộc về khoa Nghệ thuật & Khoa học, một phần ba là Viện Khoa học Toán học Courant. Vào một thời điểm nào đó sau khi được bổ nhiệm, các giáo sư Silver sẽ viết một bài báo có liên quan đến lĩnh vực tương ứng của họ trong mục “Đối thoại về Nghệ thuật và Khoa học của Julius Silver, Roslyn S. Silver và Enid Silver Winslow”).
“Phát hiện mới đem lại một công cụ mới để hiểu các sự kiện có tác động mạnh nhất trong vũ trụ này: hai sao neutron sáp nhập để hình thành một ỗ đen, vốn là quá trình dẫn đến việc tạo ra nhiều nguyên tố lạ hoặc quý bao gồm vàng, platinum, uranium, iodine, và xenon”.
Công trình này, được xuất bản trên tạp chí Physical Review Letters, đề xuất các tia vũ trụ năng lượng siêu cao được gia tốc trong các dòng chảy từ nhiễu loạn của các cuộc sáp nhập sao neutron đôi – được phun ra từ những tàn tích của cuộc sáp nhập, trước khi hình thành nên lỗ đen ở phút chót. Quá trình này tạo ra một cách tự động các sóng hấp dẫn cực mạnh – một số đã được các nhà khoa học tại nhóm hợp tác LIGO-Virgo dò được.
Bài báo của Farrar trên Physical Review Letters đưa ra lời giải thích, lần đầu tiên, hai trong số đặc điểm bí ẩn bậc nhất của các tia vũ trụ năng lượng siêu cao: mối tương quan chặt chẽ giữa năng lượng của nó với điện tích của nó và mức năng lượng phi thường của một số các sự kiện có năng lượng vô cùng cao.
Điều rút ra từ phân tích của Farrar là hai hệ quả có thể đem lại đánh giá thực nghiệm trong công trình tương lai:
- Các tia vũ trụ năng lượng siêu cao bậc nhất có nguồn gốc từ các nguyên tố ‘quá trình r’ hiếm như xenon và tellurium, thúc đẩy một cuộc tìm kiếm cho một hợp phần như vậy trong dữ liệu về các tia vũ trụ này.
- Các hạt neutrino năng lượng cao, có nguồn gốc từ những vụ sáp nhập tạo ra tia vũ trụ có năng lượng siêu cao, nhất thiết phải đi kèm với việc tạo ra sóng hấp dẫn trong cuộc sáp nhập sao neutron bố mẹ.
Thanh Hương dịch từ New York University
