Tạo ra sóng xung kích siêu tân tinh không tưởng… ngay trên Trái đất

Trong một thông báo mới, các nhà nghiên cứu đã tạo ra một phiên bản thu nhỏ của sóng xung kích siêu tân tinh trong phòng thí nghiệm trên Trái đất để giải quyết một bí ẩn vũ trụ lâu đời.

Khi các ngôi sao chết đi và phát nổ, chúng tạo ra các sóng xung kích phát ra xung quanh. Những sóng xung kích mạnh mẽ này bắn ra các tia vũ trụ, hoặc các hạt có năng lượng cao, đi vào vũ trụ. Các sóng hoạt động gần giống như các máy gia tốc hạt, đẩy các hạt này ra rất nhanh đến mức chúng tiến gần đến tốc độ ánh sáng.

Tuy nhiên, vấn đề đặt ra là các nhà khoa học vẫn chưa hoàn toàn hiểu chính xác cách thức và lý do tại sao sóng xung kích làm tăng tốc các hạt này.

“Đây là một vấn đề hấp dẫn, nhưng vì chúng ở rất xa nên rất khó nghiên cứu”, Frederico Fiuza, nhà khoa học cao cấp tại Phòng thí nghiệm máy gia tốc quốc gia SLAC, Mỹ, cho biết.

Để nghiên cứu rõ hơn những sóng xung kích vũ trụ bí ẩn này, các nhà khoa học đã đưa chúng… đến Trái đất. Nhưng không theo nghĩa đen. Thực tế, các nhà nghiên cứu đã tạo ra một phiên bản thu nhỏ của tàn dư siêu tân tinh.

“Chúng tôi không cố gắng tạo ra tàn dư siêu tân tinh trong phòng thí nghiệm, nhưng chúng tôi có thể tìm hiểu thêm để xác nhận các mô hình”, Fiuza tuyên bố.

Fiuza và các đồng nghiệp đã làm việc để tạo ra một sóng xung kích lan tỏa nhanh, có thể bắt chước tình hình xảy ra sau siêu tân tinh.

Tại cơ sở Phòng thí nghiệm quốc gia Lawrence Livermore ở California, các nhà nghiên cứu đã bắn tia laser cực mạnh vào các tấm carbon để tạo ra hai luồng plasma, nhắm vào nhau. Khi dòng plasma va chạm đã tạo ra một sóng xung kích trong điều kiện tương tự như tàn dư siêu tân tinh. Các nhà khoa học đã quan sát thí nghiệm sử dụng cả công nghệ quang học và tia X.

Các nhà nghiên cứu cho biết đã xác minh rằng cú sốc có khả năng tăng tốc các electron lên gần tốc độ ánh sáng. Tuy nhiên, bí ẩn về cách chính xác những electron này đạt được tốc độ như vậy vẫn khiến các nhà khoa học buộc phải chuyển sang mô hình máy tính.

“Chúng ta không thể thấy chi tiết về cách các hạt lấy năng lượng của chúng ngay cả trong các thí nghiệm, chứ đừng nói đến các quan sát vật lý thiên văn. Đây là lúc các mô phỏng thực sự phát huy tác dụng”, Anna Grassi, đồng tác giả của nghiên cứu mới nhấn mạnh.

Hiện tại, trong khi bí ẩn vũ trụ của các hạt gia tốc sóng xung kích vẫn còn, các mô hình máy tính do Grassi tạo ra đã tiết lộ một giải pháp khả thi hơn cả. Theo các mô hình này, Grassi đã phát triển, các trường điện từ hỗn loạn trong sóng xung kích có thể tăng tốc các electron đến tốc độ quan sát được.

Fiuza, Grassi và các đồng nghiệp của họ cho biết sẽ tiếp tục điều tra các tia X phát ra từ các electron được gia tốc và cập nhật mô phỏng máy tính của mình.

Ngoài ra, các nhà khoa học cũng tiết lộ nghiên cứu khác trong tương lai của họ sẽ nghiên cứu các proton tích điện dương, ngoài các electron được nghiên cứu trong công trình này, bị nổ tung bởi sóng xung kích.