Phát hiện nguồn gốc của những tia vũ trụ huyền bí

Điều kì lạ là những tia này không hề đến từ dải Ngân hà, mà đến từ những thiên hà xa xôi khác.

Những bí mật ẩn chứa trong các tia vũ trụ đã khiến các nhà khoa học bối rối trong suốt 50 năm qua, và nghiên cứu mới này sẽ là nền móng vững chắc đầu tiên để tìm hiểu nguồn gốc của chúng.

Qua nghiên cứu, các nhà khoa học đã phát hiện những hạt hạ nguyên tử ở trong tia vũ trụ thường xuyên ghé thăm Trái Đất có “quê hương” ở ngoài thiên hà. Điều này có phần giống với những suy đoán lâu nay của giới khoa học.

Nghiên cứu được thực hiện với sự hợp tác của Đài thiên văn Pierre Auger – nơi có chiếc máy dò tìm tia vũ trụ lớn nhất trên thế giới và hơn 400 nhà khoa học đến từ 18 quốc gia.

Người phát ngôn của nhóm nghiên cứu - Giáo sư Karl-Heinz Kampert thuộc Trường Đại học Wuppertal của Đức, cho biết: "Chúng tôi đã đến rất gần với việc giải mã những bí ẩn về nguồn gốc cũng như cách thức các hạt lạ thường này được tạo ra. Đây là câu hỏi đã khiến các nhà thiên văn đau đầu từ trước đến nay”.

Các tia vũ trụ giàu năng lượng là những bức xạ được tạo thành từ proton và hạt nhân của các nguyên tố như hydro và sắt. Chúng chu du khắp nơi trong vũ trụ với vận tốc cực kì nhanh - chỉ thua tốc độ ánh sáng. Những tia vũ trụ này có năng lượng lớn gấp hàng triệu lần so với năng lượng mà các nhà khoa học tạo ra từ các máy gia tốc hạt nhân (LHC).

Những tia vũ trụ này thật sự rất hiếm khi chạm đến được Trái Đất. Tỉ lệ tia vũ trụ tấn công hành tinh của chúng ta là khoảng 1 trên mỗi km2 mỗi năm. Điều này có nghĩa là, để phát hiện chúng một cách chính xác nhằm phục vụ những nghiên cứu về bản chất của tia vũ trụ, chúng ta cần có một đài quan sát cực kì lớn.

Đài quan sát Auger Pierre có tầm nhìn khoảng 3.000 km2, ước tính độ rộng của nó bằng Vườn quốc gia Yosemite (Mỹ). Bên trong khu vực che phủ của đài thiên văn, các nhà nghiên cứu đặt 1.600 máy dò tìm để phát hiện ngay lập tức khi một tia vũ trụ nào đó chạm tới bầu khí quyển của Trái Đất.

Những tia này khi đến Trái Đất sẽ tạo ra một chùm các proton, electron và muon, chúng định hình thành một đĩa khổng lồ và tương tác với nhau trong đường kính vài km. Những va chạm này được sẽ được thu thập bởi một số máy dò riêng lẻ.

Sau hơn 12 năm miệt mài tìm hiểu, nhóm nghiên cứu đã phát hiện hơn 30.000 tia vũ trụ - và nhận thấy một điều kỳ quặc: một số tia vũ trụ đến từ một hướng đặc biệt hơn những tia khác. Điều kì lạ là hướng đi này chứa những vật liệu của các thiên hà khác với mật độ dày đặc.

Nhà nghiên cứu Bruce Dawson - giáo sư của Nhóm Vật lý Năng lượng Cao của Trường Đại học Adelaide, nói: "Kết quả này rõ ràng đã chỉ ra nguồn gốc của các hạt là ở bên ngoài Dải Ngân hà. Đây là một kết quả rất thú vị và cũng là thành quả của nhiều năm làm việc cật lực của các nhà nghiên cứu."

“Nó là bằng chứng đầu tiên để kết luận rằng các vật liệu nguyên tử - không chỉ là ánh sáng của các ngôi sao, du hành đến Trái Đất từ những thiên hà xa xôi trong vũ trụ”, ông cho biết thêm.

Hiện tại chúng ta vẫn chưa biết chính xác tia vũ trụ được tạo ra như thế nào. Một số nhà khoa học giả thuyết nó được hình thành từ các hố đen siêu nặng, va chạm thiên hà, các vụ nổ tia gamma và các vụ nổ siêu tân tinh.

Chưa có giả thuyết nào được kiểm chứng, nhưng việc nghiên cứu những tia vũ trụ vẫn vô cùng hữu ích. Chúng giúp chúng ta hiểu về thành phần của các thiên hà, quá trình thúc đẩy các hạt đạt đến tốc độ cực nhanh như hiện nay, và thậm chí là hiểu biết về sự hình thành của hạt nhân.

Nghiên cứu đã được công bố trên tạp chí Science.