Bắt được tín hiệu ’siêu thực’, giúp tìm ra manh mối cỗ máy vận hành vũ trụ

Trong báo cáo đăng trên chuyên san Nature , các nhà khoa học lần đầu tiên đã tìm ra hạt neutrino trong chu trình nhiệt hạch ở lõi mặt trời, giúp mở rộng hiểu biết về cấu trúc mặt trời và sự hình thành các sao khổng lồ.

Cỗ máy đếm hạt Borexino ở INFN

Phát hiện trên đóng vai trò bước ngoặt, không những cho phép xác nhận các giả thuyết có từ thập niên 1930 mà còn là một trong những khám phá vĩ đại nhất về vật lý của thiên niên kỷ mới.

“Đây quả là đột phá trong lĩnh vực vật lý mặt trời và các vì sao”, theo nhà nghiên cứu Gioacchino Ranucci đang công tác ở Viện Vật lý Hạt nhân Quốc gia Ý (INFN), một trong các chuyên gia của dự án khởi động từ năm 1990.

Các nhà khoa học đã sử dụng máy đếm hạt cực nhạy Borexino tại phòng thí nghiệm vật lý hạt Gran Sasso của INFN ở miền trung nước Ý. Đây là trung tâm nghiên cứu lớn nhất thế giới được xây trong lòng đất, nằm sâu bên dưới dãy núi Apennine, cách Rome khoảng 105 km về hướng đông bắc.

Phát hiện của đội ngũ chuyên gia đã khép lại dự án nghiên cứu hạt neutrino của mặt trời, và lần đầu tiên khám phá được phản ứng hạt nhân then chốt mà đa số các ngôi sao sử dụng để tổng hợp hydrogen thành helium.

Mặt trời NASA

Hầu như tất cả các vì sao, bao gồm mặt trời của chúng ta, phóng thích năng lượng khổng lồ thông qua quá trình chuyển hóa hydrogen thành helium. Trong đó, hydrogen là nguyên tố dồi dào nhất và cũng là nguồn năng lượng chính của vũ trụ.

Trong trường hợp mặt trời, 99% năng lượng của nó đến từ phản ứng dung hợp proton-proton, từ đó tạo ra beryllium, lithium và boron trước khi phân rã thành helium.

Tuy nhiên, đa số sao trong vũ trụ đều lớn hơn mặt trời của chúng ta. Chẳng hạn sao khổng lồ đỏ Betelgeuse có kích thước lớn hơn khoảng 20 lần và đường kính to gấp 700 lần so với mặt trời.

Những ngôi sao “kềnh càng” hơn cũng nóng hơn, có nghĩa chúng luôn được cung cấp năng lượng từ chu kỳ CNO (phản ứng dung hợp carbon-nitrogen-oxygen).

Chu kỳ CNO cũng là nguồn năng lượng chủ đạo của vũ trụ, nhưng rất khó phát hiện trong trường hợp sao nguội như mặt trời của chúng ta, vốn chỉ chiếm khoảng 1% năng lượng được mặt trời phóng thích.

Và máy đếm hạt Borexino lâu nay luôn tìm kiếm dấu vết của neutrino được tạo ra trong quá trình nhiệt hạch ở lõi mặt trời. Tuy nhiên, neutrino vô cùng khó phát hiện.

Mỗi giây lại có hàng nghìn tỉ neutrino từ mặt trời liên tục đi xuyên qua máy đếm hạt Borexino, nhưng cỗ máy này chỉ bắt được khoảng 7 hạt/ngày đến từ chu kỳ CNO.

Sau thời gian dài trường kỳ theo dõi, họ cũng phát hiện chứng cứ đầu tiên cho phép xác nhận chu kỳ CNO diễn ra ở mặt trời và các ngôi sao trong vũ trụ.

Theo giả thuyết lâu nay, các hạt neutrino tỏa ra từ sự kiện Big Bang khai sinh vũ trụ có thể đóng vai trò nào đó trong “ vật chất tối”, dạng vật chất bí ẩn bao quanh các ngôi sao và thiên hà, chiếm khoảng 25% khối lượng của chúng.