Tro tàn siêu tân tinh 3 triệu năm tuổi: Bằng chứng từ bùn đáy biển sâu

Jinu
Jinu
Phản hồi: 0
  • Thread starter Thread starter Jinu
  • Ngày gửi Ngày gửi

Jinu

Intern Writer
Trong hành trình không ngừng nghỉ tìm kiếm dấu vết sự sống ngoài hành tinh, chúng ta thường hướng ánh mắt lên bầu trời xa xăm. Nhưng ít ai ngờ, một trong những bằng chứng quan trọng nhất lại nằm im lìm dưới đáy đại dương, chờ đợi được khám phá suốt ba triệu năm qua. Để đọc được "cuốn nhật ký" đặc biệt này, chúng ta không cần kính thiên văn mà lại cần một cỗ máy gia tốc và sự kiên nhẫn tột độ, bởi vì công việc đòi hỏi phải đếm từng nguyên tử một.

Câu chuyện của chúng ta xoay quanh Sắt-60 (Fe-60), một đồng vị phóng xạ của sắt với chu kỳ bán rã khoảng 2,6 triệu năm. Con số này cực kỳ quan trọng. Trái Đất của chúng ta đã 4,6 tỷ năm tuổi, nghĩa là ngay cả khi hành tinh này được hình thành cùng với Fe-60, thì sau hàng nghìn chu kỳ bán rã, ngày nay sẽ không còn một nguyên tử nào của nó tồn tại. Vì vậy, việc tìm thấy Fe-60 "sống" trên Trái Đất chỉ có một lời giải thích hợp lý duy nhất: nó mới đến gần đây và có nguồn gốc từ bên ngoài hành tinh của chúng ta.

bd290599ffad4f91831300297c1dfaec.jpeg


Fe-60 chủ yếu được tổng hợp trong lõi của các ngôi sao khối lượng lớn và trong quá trình bùng nổ siêu tân tinh. Nó không phải là thành phần thông thường có trong thiên thạch, và cũng không có bất kỳ quá trình địa hóa học nào trên Trái Đất có thể tạo ra nó. Năm 1999, Knie và các đồng nghiệp từ Đại học Kỹ thuật Munich lần đầu tiên báo cáo sự phong phú bất thường của Fe-60 trong các lớp vỏ sắt-mangan dưới đáy biển sâu Thái Bình Dương. Hàm lượng này thấp đến mức nào? Wallner, người sau này dẫn đầu các cuộc đo lường quy mô lớn, đã ví von rằng Fe-60 từ không gian ít hơn 10 triệu tỷ lần so với sắt tự nhiên trên Trái Đất.

Những tín hiệu lẻ tẻ ban đầu chưa đủ sức thuyết phục. Bước ngoặt thực sự đến vào năm 2016. Một nhóm nghiên cứu quốc tế do Anton Wallner từ Đại học Quốc gia Úc (ANU) dẫn đầu, với sự tham gia của các nhà khoa học từ Úc, Đại học Vienna (Áo), Đại học Hebrew (Israel), Đại học Tokyo và Tsukuba (Nhật Bản), cùng với Trung tâm Nghiên cứu Helmholtz ở Dresden (Đức), đã lấy 120 mẫu vật từ đáy Thái Bình Dương, Đại Tây Dương và Ấn Độ Dương, bao phủ khoảng thời gian 11 triệu năm.

Bước đầu tiên là chiết xuất toàn bộ sắt từ các mẫu vật – một quá trình hóa học cực kỳ tốn thời gian. Sau đó, họ sử dụng máy gia tốc ion nặng của Đại học Quốc gia Úc để tách các nguyên tử Fe-60 liên sao cực nhỏ ra khỏi các đồng vị khác. Tiếp theo, với sự hỗ trợ của ba cơ sở phổ khối gia tốc ở Dresden, Tokyo và Vienna, họ đã xác định niên đại của các lõi trầm tích bằng cách đo sự phân rã của Beryli-10 và Nhôm-26.

Kết quả được công bố trên tạp chí *Nature* cho thấy: sự phong phú của Fe-60 cao hơn mức nền khoảng 40 lần, và nó không phân bố đều mà tập trung vào hai giai đoạn chính – từ 3,2 triệu đến 1,7 triệu năm trước, và từ 6,5 triệu đến 8,7 triệu năm trước. Các mẫu vật từ khắp nơi trên thế giới đều ghi nhận tín hiệu tương tự. Wallner chia sẻ: "Chúng tôi rất ngạc nhiên khi những mảnh vụn này phân bố rõ ràng trong khoảng thời gian kéo dài 1,5 triệu năm. Điều này cho thấy đã có một chuỗi các vụ nổ siêu tân tinh, liên tiếp nhau."

Cùng thời điểm đó, trên cùng số tạp chí *Nature*, nhóm của Dieter Breitschwerdt từ Đại học Kỹ thuật Berlin đã đưa ra một câu trả lời phù hợp bằng một phương pháp hoàn toàn khác. Họ không hề chạm vào bất kỳ mẫu bùn nào, mà thay vào đó, họ truy ngược quỹ đạo chuyển động của các ngôi sao khối lượng lớn gần Mặt Trời. Hai chuỗi bằng chứng độc lập gặp nhau tại cùng một thời điểm, đây là một điều có ý nghĩa rất lớn trong vật lý thiên văn.

Điểm khởi đầu của nhóm Breitschwerdt là "Bong bóng cục bộ" – Hệ Mặt Trời của chúng ta đang nằm trong một khoang plasma loãng, nóng, có đường kính khoảng 300 năm ánh sáng. Sự tồn tại của khoang này tự nó đã là bằng chứng: phải có nhiều vụ nổ siêu tân tinh mới có thể thổi bay một lượng lớn vật chất liên sao như vậy. Họ đã tính toán quỹ đạo và khối lượng có khả năng nhất của các ngôi sao khối lượng lớn trong cụm sao gần đó, và cuối cùng xác định được Hiệp hội Thiên Yết-Bán Nhân Mã. Mô hình đưa ra câu trả lời khá cụ thể: một ngôi sao có khối lượng khoảng 8,8 lần khối lượng Mặt Trời đã bùng nổ khoảng 2,3 triệu năm trước, và một ngôi sao khác có khối lượng khoảng 9,2 lần khối lượng Mặt Trời đã bùng nổ khoảng 1,5 triệu năm trước. Vào thời điểm đó, chúng cách Trái Đất khoảng 100 parsec (tương đương khoảng 326 năm ánh sáng). Hai vụ nổ này đã đóng góp tổng cộng khoảng 47% lượng Fe-60 trong vỏ Trái Đất. Trong cụm sao đó còn có hàng chục thành viên khác đã bùng nổ sớm hơn, nhưng càng bùng nổ sớm thì càng ở xa chúng ta vào thời điểm đó, và đóng góp của chúng càng nhỏ. Ngày nay, cụm sao này không còn ngôi sao khối lượng lớn nào nữa – tất cả chúng đều đã bùng nổ xong. Ước tính khoảng cách của nhóm Đại học Quốc gia Úc cũng nhất quán: dưới 300 năm ánh sáng. Điều này có nghĩa là gì? Có nghĩa là khi những siêu tân tinh này bùng nổ, chúng có thể nhìn thấy bằng mắt thường vào ban ngày, sáng rực như Mặt Trăng. Tổ tiên loài người, những người vượn phương Nam (Australopithecus) trên thảo nguyên châu Phi vào thời điểm đó, có thể đã ngước nhìn lên và thấy chúng.

Ở đây có một con số cần được làm rõ: khoảng 8 parsec, tức là khoảng 26 năm ánh sáng. Đây là "khoảng cách gây chết người" thường được trích dẫn – một siêu tân tinh phải ở gần đến mức này thì bức xạ năng lượng cao và tia vũ trụ của nó mới có thể phá hủy nghiêm trọng tầng ozone, gây ra thiệt hại quy mô lớn cho sinh vật trên bề mặt Trái Đất. Fry và các đồng nghiệp vào năm 2016 đã suy ngược khoảng cách vụ nổ từ thông lượng Fe-60, và đưa ra phạm vi từ 30 đến 150 parsec (tương đương khoảng 98 đến 489 năm ánh sáng). Khoảng cách này rất thú vị: nó không đủ gần để gây ra một sự kiện tuyệt chủng hàng loạt, nhưng cũng không quá xa đến mức vật chất không thể bay tới. Kết luận của Đại học Quốc gia Úc rất thẳng thắn: Trái Đất thực sự đã phải hứng chịu sự bắn phá tăng cường của tia vũ trụ, nhưng bức xạ quá yếu, không đủ để trực tiếp gây tổn thương sinh học hoặc kích hoạt một cuộc tuyệt chủng quy mô lớn.

Tuy nhiên, vẫn còn một con đường tinh tế hơn đáng để lưu ý. Giai đoạn Fe-60 lắng đọng dày đặc nhất (từ 3,2 triệu đến 1,7 triệu năm trước) trùng khớp với ngưỡng chuyển đổi khí hậu Trái Đất từ thế Pliocen sang thế Pleistocen – khoảng 2,6 triệu năm trước, Trái Đất bắt đầu bước vào một loạt các kỷ băng hà. Có một giả thuyết cho rằng tia vũ trụ từ siêu tân tinh có thể làm tăng các hạt nhân ngưng tụ của mây, từ đó thay đổi lượng mây và nhiệt độ bề mặt. Wallner đã sử dụng từ ngữ rất thận trọng: đây là một sự trùng hợp thú vị. Xin hãy chú ý đến sự phân biệt ở đây. "Trùng khớp về thời gian" và "có mối quan hệ nhân quả" là hai điều hoàn toàn khác nhau. Những nghiên cứu này đưa ra các phép đo đồng vị và tính toán quỹ đạo sao vững chắc; còn việc siêu tân tinh có thực sự tác động đến khí hậu Trái Đất hay gián tiếp ảnh hưởng đến con đường tiến hóa của tổ tiên loài người hay không, hiện vẫn chỉ là giả thuyết cần được kiểm chứng, chứ không phải là kết luận. Biến sự trùng hợp thành nhân quả trực tiếp là cái bẫy phổ biến nhất trong các chủ đề như thế này.

Tín hiệu từ một nguồn duy nhất luôn khiến người ta không yên tâm. May mắn thay, trong hơn mười năm qua, Fe-60 đã liên tục được tìm thấy ở nhiều nơi độc lập khác nhau:

* Trong các mẫu vật từ Mặt Trăng (Fimiani và cộng sự, 2016). Mặt Trăng không có khí quyển, không có chu trình nước, không có chuyển động kiến tạo mảng, là một "máy ghi âm" sạch hơn nhiều, lời chứng của nó loại trừ sự can thiệp của các quá trình cục bộ trên Trái Đất.

* Trong tuyết Nam Cực (Koll và cộng sự, 2019). Điều này đặc biệt đáng suy ngẫm - tuyết là "mới", có nghĩa là Fe-60 liên sao vẫn đang rơi xuống Trái Đất cho đến ngày nay. Hệ Mặt Trời có thể đang đi qua một đám mây liên sao giàu bụi siêu tân tinh.

* Trong tia vũ trụ (Binns và cộng sự, 2016), được bắt giữ trực tiếp trong quá trình bay.

* Và trong các lớp vỏ sắt-mangan dưới đáy biển sâu với tín hiệu cũ hơn từ 6,5 triệu đến 7 triệu năm trước (Wallner và cộng sự, 2021), phù hợp với giai đoạn thứ hai được tìm thấy trong trầm tích đáy biển.

Còn một manh mối đặc biệt sống động: Fe-60 có thể được bảo tồn trong hóa thạch của các thể từ tính (magnetosome) do vi khuẩn ưa từ (magnetotactic bacteria) để lại. Loại vi khuẩn này tổng hợp chuỗi tinh thể magnetit trong cơ thể để cảm nhận từ trường Trái Đất. Nói cách khác, tro bụi của siêu tân tinh rơi xuống biển, bị các vi sinh vật cổ đại ăn vào, biến thành hóa thạch, và ba triệu năm sau lại được con người khai quật từ lõi trầm tích để đưa vào máy phổ khối.

Khi nhìn bức tranh lớn hơn, ý nghĩa của sự việc này dần hiện rõ. Trong khái niệm "vùng sống được của thiên hà", có một ràng buộc thường bị đánh giá thấp: càng gần trung tâm thiên hà, mật độ sao càng cao, tần suất siêu tân tinh và bùng nổ tia gamma xảy ra càng nhiều. Một hành tinh, dù có tất cả các điều kiện khác đều phù hợp – nhiệt độ thích hợp, có nước, có từ trường, hoạt động địa chất – cũng có thể không tích lũy đủ hàng tỷ năm ổn định cần thiết cho sự sống phức tạp, chỉ vì những "người hàng xóm" của nó quá thường xuyên bùng nổ. Đây chính là cốt lõi của nhánh "thảm họa bên ngoài" trong các cuộc thảo luận về Bộ lọc Vĩ đại (Great Filter). Khác biệt ở chỗ, hầu hết các suy đoán về Bộ lọc Vĩ đại chỉ dừng lại trên giấy tờ, là trò chơi logic; còn Fe-60 là một trong số ít bằng chứng vật chất có thể cầm nắm, đưa vào máy gia tốc, và đo lường lặp lại. Nó cho chúng ta biết một sự thật giản dị: những sự kiện bạo lực ở quy mô liên sao không phải là lời nói hoa mỹ, chúng thực sự sẽ rơi xuống đáy biển của một hành tinh, tích tụ từng lớp một, và được ghi lại.

Lần tới khi bạn đọc câu "Chúng ta vẫn chưa tìm thấy người ngoài hành tinh", có lẽ bạn có thể suy nghĩ sâu hơn một chút. Vũ trụ không chỉ rộng lớn mà còn có "tính cách" riêng. Vào một buổi sáng ba triệu năm trước, người vượn phương Nam trên thảo nguyên châu Phi ngước nhìn lên, có thể đã thấy trên bầu trời xuất hiện thêm một ngôi sao sáng gần bằng Mặt Trăng. Nó không phá hủy bất cứ thứ gì, chỉ lặng lẽ rải một lớp sắt gần như không thể đo được trong hàng triệu năm sau đó. Ba triệu năm sau, có người đã đào lớp bùn đó từ đáy đại dương lên, hòa tan, tách chiết, đưa vào máy gia tốc, và đếm từng nguyên tử một. Những ghi chép mà vũ trụ để lại chi tiết hơn nhiều so với những gì chúng ta tưởng. Vấn đề chưa bao giờ là liệu nó có "nói" hay không, mà là liệu chúng ta có học được cách "đọc" hay chưa.
 
Back
Top