Chôn sâu trong lớp băng ở Nam Cực là hệ thống “eyes” có thể nhìn thấy các hạt cơ bản gọi là neutrino. Những gì hệ thống này quan sát được đang làm các nhà khoa học kinh ngạc. Tín hiệu neutrino cực mạnh đi kèm với bức xạ tia gamma cực yếu trong thiên hà NGC 1068, còn được gọi là thiên hà Squid. Hệ thống “eyes” là tập hợp các máy dò được đặt 1km dưới khối băng gọi là Đài quan sát Neutrino IceCube. Các nhà vật lý lý thuyết từ UCLA, Đại học Osaka và Viện Vật lý và Toán học Vũ trụ Kavli thuộc Đại học Tokyo (Kavli IPMU, WPI) đang sử dụng để quan sát NGC 1068 và đề xuất lộ trình hoàn toàn mới có thể tạo ra neutrino.
Neutrino là hạt hạ nguyên tử tương tác rất yếu và có thể đi qua vật chất. Điều này khiến chúng thậm chí còn khó phát hiện hơn các hạt như electron. Đài quan sát Neutrino IceCube gồm 5.160 cảm biến được chôn trong lớp băng Nam Cực trong suốt, nén chặt để tìm kiếm các sự kiện có thể do neutrino tạo ra khi chúng đi qua lớp băng, tương tác với băng và tạo ra các hạt tích điện. Các máy dò đó có thể quan sát các ngôi sao phát ra neutrino. Để nhìn thấy neutrino, cần một loại kính viễn vọng khác và đó chính là hệ thống “eyes”.
Kính thiên văn neutrino IceCube phát hiện ra các neutrino năng lượng rất cao đến từ NGC 1068 đi kèm với luồng tia gamma yếu, chỉ ra rằng các neutrino này có thể được tạo ra theo một cách khác so với những khám phá trước đây. Dữ liệu NGC 1068 gây rối loạn vì thông thường, neutrino từ các trung tâm thiên hà hoạt động được cho là có nguồn gốc từ các tương tác giữa proton và photon, tạo ra các tia gamma có cường độ tương đương. Do đó, neutrino năng lượng thường được ghép nối với các tia gamma năng lượng cao.
Phát xạ gamma của NGC 1068 thấp hơn đáng kể so với dự kiến và cho thấy hình dạng quang phổ khác biệt rõ rệt. Các mô hình truyền thống, bao gồm các mô hình dựa trên va chạm proton-photon và phát xạ từ vùng plasma nóng của thiên hà được gọi là “corona”, đã được sử dụng rộng rãi để giải thích các tín hiệu neutrino, nhưng hạn chế về mặt lý thuyết. Khi các hạt nhân heli va chạm với các photon phát ra từ vùng trung tâm của thiên hà, chúng phân mảnh, giải phóng các neutron sau đó phân rã thành neutrino. Năng lượng của các neutrino tạo ra phù hợp với các quan sát từ “eyes”.
Ngoài ra, các electron được tạo ra bởi các phân rã hạt nhân này tương tác với các trường bức xạ xung quanh, tạo ra các tia gamma phù hợp với cường độ thấp hơn. Điều này giải thích lý do tại sao tín hiệu neutrino sáng hơn đáng kể so với phát xạ gamma và giải thích cho phổ năng lượng riêng biệt được quan sát thấy ở cả neutrino và tia gamma. Bước đột phá này giúp các nhà khoa học hiểu được cách các tia vũ trụ trong các thiên hà hoạt động có thể phát ra các neutrino mạnh mà không có tia gamma tương ứng, làm sáng tỏ thêm các điều kiện cực đoan, phức tạp xung quanh các lỗ đen siêu lớn, bao gồm cả lỗ đen ở trung tâm thiên hà của chúng ta.
Nghiên cứu này đưa ra đề xuất nếu một hạt nhân heli tăng tốc trong luồng tia của một lỗ đen siêu lớn, nó sẽ va vào các photon và vỡ ra, giải phóng hai proton và hai neutron vào không gian. Các proton có thể bay đi, nhưng các neutron thì không ổn định và sẽ vỡ ra, hoặc phân rã thành neutrino mà không tạo ra tia gamma. Hydro chỉ có một proton và nếu proton đó va vào các photon, nó sẽ tạo ra cả neutrino và tia gamma mạnh. Nhưng có một cách khác để tạo ra neutrino mà không tạo ra tia gamma. Vì vậy, heli là nguồn gốc có khả năng nhất của các neutrino mà chúng ta quan sát thấy từ NGC 1068. Nghiên cứu này đưa ra một góc nhìn mới vượt ra ngoài các mô hình corona truyền thống. NGC 1068 chỉ là một trong số nhiều thiên hà tương tự trong vũ trụ và các phát hiện neutrino trong tương lai từ chúng sẽ giúp kiểm tra và khám phá nguồn gốc của các hạt.
Giống như NGC 1068, thiên hà của chúng ta cũng có một lỗ đen siêu lớn ở trung tâm, nơi lực hấp dẫn và năng lượng vô cùng lớn xé toạc các nguyên tử và khám phá về neutrino cũng đúng với thiên hà của chúng ta. Mặc dù không nhất thiết phải có một đường thẳng từ việc hiểu được trung tâm thiên hà đến việc cải thiện hiểu biết nhân loại, nhưng kiến thức thu được thông qua việc nghiên cứu các hạt như neutrino và bức xạ như tia gamma có xu hướng dẫn dắt công nghệ đi theo những con đường đột phá và mang tính biến đổi.
Việc phát hiện ra cộng hưởng từ hạt nhân có vẻ mơ hồ nhưng đã dẫn đến sự phát triển của công nghệ chụp cộng hưởng từ, hiện đang được sử dụng thường xuyên trong y học.
Từ khóa: bức xạ; neutrino;
– CMD –
