Một tia vũ trụ đã đập vào bầu khí quyển Trái đất đã khiến các nhà vật lý thiên văn kinh ngạc. Hạt nhỏ bé này mang năng lượng vượt quá 240 exa-electron volt, tức là hơn 2,4.10^20 electron volt, chỉ xếp sau hạt Oh-My-God nổi tiếng được phát hiện vào năm 1991 có năng lượng 320 exa-electron volt. Điều đáng chú ý là cũng giống như hạt Oh-My-God, các nhà khoa học không thể truy ra nguồn gốc hạt mới này.
John Matthews, nhà vật lý thuộc Đại học Utah và thành viên của dự án thực hiện khám phá này, Telescope Array, cho biết: “Các hạt này có năng lượng cao đến nỗi chúng không bị ảnh hưởng bởi từ trường thiên hà và ngoại thiên hà. Bạn đáng lẽ có thể chỉ ra chúng đến từ đâu trên bầu trời”.
"Nhưng trong trường hợp hạt Oh-My-God và hạt mới này, khi bạn truy từ quỹ đạo của nó để tìm ra nguồn gốc thì không tìm thấy thứ gì có năng lượng đủ cao để tạo ra nó. Đây chính là một điều bí ẩn về nó - vậy có điều gì đang xảy ra?"
Tia vũ trụ là một vấn đề hóc búa trong thiên văn học. Chúng ta đã có thể phát hiện ra chúng trong hơn một thế kỷ, nhưng chúng ta vẫn chưa thực sự hiểu rõ về tất cả những cách khác nhau để chúng có thể truyền đi khắp vũ trụ.
Thực ra chúng không phải là bức xạ giống như ánh sáng; chúng là các hạt, chủ yếu là hạt nhân nguyên tử, nhưng cũng có các hạt bé hơn như proton và electron. Và chúng truyền trong không gian với tốc độ gần bằng tốc độ ánh sáng.
Các nhà khoa học cho rằng chúng được tạo ra trong những sự kiện tràn đầy năng lượng, chẳng hạn như siêu tân tinh hoặc sự va chạm giữa các vì sao.
Tuy bầu khí quyển Trái đất đã bảo vệ chúng ta khỏi các tia vũ trụ, nhưng chúng ta vẫn có một số cách khá hiệu quả để phát hiện chúng.
Khi một tia vũ trụ đi vào bầu khí quyển, nó va chạm với các hạt khác ở trong đó, tạo ra một cơn mưa hạt rơi xuống Trái đất. Những đài quan sát của chúng ta có thể phát hiện những hạt này, liên kết chúng với sự va chạm của tia vũ trụ đã tạo ra chúng.
Tuy nhiên, những cơn mưa hạt do các tia vũ trụ tràn đầy năng lượng tạo ra rơi xuống một khu vực tương đối rộng lớn, điều đó có nghĩa là chúng ta cần bao phủ một diện tích khá lớn nếu muốn tái tạo lại sự kiện hạt với độ chính xác bất kỳ.
Dự án Telescope Array với sự hợp tác quốc tế có diện tích phát hiện hiệu quả là 700 km vuông.
Vào ngày 27/5/2021, hệ thống này đã bắt được một tín hiệu. Sau khi thực hiện các phép tính và phân tích cũng như kiểm tra đi kiểm tra lại, nhóm Telescope Array kết luận rằng họ đã tìm thấy một hạt ở thang năng lượng của hạt Oh-My-God.
Nhà vật lý Toshihiro Fujii đến từ Đại học Osaka Metropolitan, người đứng đầu nghiên cứu, cho biết: “Khi tôi lần đầu tiên phát hiện ra tia vũ trụ năng lượng cực cao này, tôi đã nghĩ rằng có lẽ đã có một sự nhầm lẫn nào đó, vì nó hiển thị một mức năng lượng chưa từng có trong ba thập kỷ qua”.
Nhóm nghiên cứu đã đặt tên cho hạt mới là Amaterasu, theo tên nữ thần Mặt trời đầy quyền năng trong đạo Shinto. Các nhà nghiên cứu cho biết cả Oh-My-God và Amaterasu có thể đều là proton.
Với việc xác nhận về sự tồn tại của các tia vũ trụ năng lượng cực cao, chúng ta hiện đang gặp phải một câu hỏi khó giải đáp. Các hạt năng lượng cực cao có một ngưỡng giới hạn rõ rệt, được gọi là giới hạn Greisen-Zatsepin-Kuzmin, nằm ở mức năng lượng 5.10^19 electron volt.
Đây được cho là năng lượng tối đa mà một hạt có thể duy trì khi di chuyển qua những khoảng cách xa khoảng 160 triệu năm ánh sáng, vì các tia vũ trụ mất năng lượng khi chúng di chuyển trong không gian.
Ở khoảng cách 160 triệu năm ánh sáng từ hệ Mặt trời, chúng ta có gặp những vật thể có khả năng tạo ra tia vũ trụ, nhưng rõ ràng là không có thứ nào đủ mạnh để tạo ra Oh-My-God hay Amaterasu.
Matthews nói: “Những thứ mà mọi người cho là tràn đầy năng lượng, như siêu tân tinh, hoàn toàn không có đủ mạnh để tạo ra điều này. Bạn cần một lượng năng lượng khổng lồ, từ trường thực sự cao để giam giữ hạt trong khi nó được tăng tốc”.
Và việc truy vết của Amaterasu dường như đã dẫn đến một khoảng trống vũ trụ – một vùng không gian giữa các sợi nơi các thiên hà có xu hướng tụ lại, với tương đối ít thứ bên trong. Điều này có nghĩa là chúng ta đang bỏ sót một điều gì đó theo một cách nào đó.
Có lẽ từ trường có khả năng tăng tốc hạt tốt hơn chúng ta nghĩ. Có lẽ có một nguồn ở gần mà chúng ta chưa thấy. Hoặc có lẽ các hạt đang hướng chúng ta đến một hiện tượng vật lý thiên văn chưa từng thấy trước đây.
Nhà vật lý John Belz thuộc Đại học Utah cho biết: “Đó có thể là những khiếm khuyết trong cấu trúc của không thời gian đã làm cho các dây vũ trụ va chạm nhau. Ý tôi là, tôi chỉ đang nói ra những ý tưởng điên rồ mà mọi người nghĩ ra vì không có lời giải thích thông thường nào. Đó thực sự là một bí ẩn”.
Nghiên cứu đã được công bố trên Science.
Theo Science Alert
