Cuộc sống vô thường: Trái đất có thể bị hủy diệt khi hai ngôi sao neutron hợp nhất

Các nhà khoa học đã xác định những tác động có thể xảy ra từ một vụ va chạm sao neutron xảy ra gần Trái đất và họ phát hiện ra rằng vụ nổ kilonova này có thể thực sự sẽ hủy diệt loài người. Nhưng đừng lo lắng, vụ va chạm sẽ phải xảy ra ở khoảng cách đủ gần mới có thể tàn phá thế giới của chúng ta.

Bà Haille Perkins, trưởng nhóm các nhà khoa học tại Đại học Illinois Urbana-Champaign, cho biết: “Chúng tôi phát hiện ra rằng nếu một vụ sáp nhập sao neutron xảy ra trong vòng khoảng cách 36 năm ánh sáng cách Trái đất, thì bức xạ sinh ra có thể gây ra một sự kiện ở mức độ tuyệt chủng”.

Va chạm giữa các sao neutron tạo ra các vụ nổ gọi là kilonova, được coi là sự kiện bạo lực và mạnh mẽ nhất trong vũ trụ từng được biết đến. Điều này không có gì đáng ngạc nhiên, vì các sao neutron là tàn dư của những ngôi sao chết và được tạo thành từ vật chất dày đặc đến mức vật chất chứa trong một thìa cà phê sẽ nặng khoảng 10 triệu tấn. Để dễ hình dung, nó tương đương với 350 bức tượng Nữ thần tự do đặt trong một chiếc thìa.

Những vụ sáp nhập sao chết này không chỉ tạo ra những vụ nổ tia gamma và những cơn mưa hạt tích điện chuyển động với tốc độ gần bằng ánh sáng , được gọi là tia vũ trụ,  mà chúng còn tạo ra những môi trường đủ hỗn loạn để tổng hợp ra các nguyên tố nặng hơn chì, như vàng và bạch kim. Cần biết là ngay ở nhiệt độ và áp suất cực cao đáng kinh ngạc được tìm thấy trong tâm của các ngôi sao lớn, cũng chưa thể tổng hợp ra vàng hay bạch kim.

Hơn nữa, sự hợp nhất của sao neutron tạo nên kết cấu không gian "rung chuông" với những gợn sóng hấp dẫn, có thể được phát hiện ngay trên Trái đất, dù đã di chuyển qua hàng tỉ năm ánh sáng mới đến chúng ta.

Nghiên cứu của nhóm dựa trên các quan sát về sự hợp nhất sao neutron đằng sau tín hiệu sóng hấp dẫn GW 170817, được Đài quan sát sóng hấp dẫn giao thoa kế laser (LIGO) thu được vào năm 2017 và vụ nổ tia gamma Gbps 170817A.

Xảy ra cách chúng ta khoảng 130 triệu năm ánh sáng, đây là vụ sáp nhập sao neutron duy nhất cho đến nay được nhìn thấy trong bức xạ điện từ và nghe thấy thông qua sóng hấp dẫn. Những điều kiện đó khiến nó trở thành một lựa chọn tự nhiên để nghiên cứu sự kiện mạnh mẽ dạng này.

Một sát thủ trong vũ trụ?

Tia gamma sinh ra từ sự hợp nhất sao neutron được cho là thứ đáng sợ nhất từ sự kiện này. Đó là vì loại bức xạ này mang đủ năng lượng để tách electron khỏi nguyên tử, một quá trình gọi là ion hóa. Và những vụ nổ bức xạ ion hóa này có thể dễ dàng phá hủy tầng ozone của Trái đất, khiến hành tinh của chúng ta phải nhận những liều bức xạ cực tím chết người từ mặt trời.

Perkins và các đồng nghiệp đã xác định rằng các tia gamma phát ra từ các vụ sáp nhập sao neutron - trong các luồng phản lực hẹp từ hai phía của vụ sáp nhập - sẽ gần như đốt cháy bất kỳ sinh vật nào nằm trên đường đi của chúng trong khoảng cách 297 năm ánh sáng. Tuy nhiên, may mắn thay, hiệu ứng đó có phạm vi cực kỳ hẹp trong không gian vũ trụ bao la.

Mặc dù hiệu ứng tia gamma của sự hợp nhất sao neutron tương đối ngắn ngủi, nhưng cũng có một dạng bức xạ ion hóa khác mà sự phát xạ này tạo ra, ít năng lượng hơn nhưng kéo dài hơn. Cụ thể, bức xạ bao bọc tia gamma sẽ ảnh hưởng đến tầng ozone của Trái đất nếu hành tinh của chúng ta nằm trong khoảng cách 13 năm ánh sáng.

Chưa hết, khi các tia gamma chạm vào khí và bụi trong môi trường liên sao, thì nó sẽ tạo ra sự phát xạ tia X mạnh gọi là dư lượng tia X. Nhóm nghiên cứu cho biết sự phát xạ tia X như vậy tồn tại lâu hơn phát xạ tia gamma và cũng có thể làm ion hóa tầng ozone. Do đó, điều này được cho là nguy hiểm hơn. Tuy nhiên, Trái đất sẽ cần phải ở khá gần với ánh hào quang này, chính xác là trong khoảng cách 16,3 năm ánh sáng.

Tác động đe dọa nhất của vụ va chạm sao neutron mà nhóm nghiên cứu phát hiện đến từ những hạt tích điện cao hay tia vũ trụ, lan ra khỏi tâm chấn của sự kiện dưới dạng bong bóng giãn nở. Nếu những tia vũ trụ này tấn công Trái đất, chúng sẽ làm bốc hơi tầng ozone và khiến hành tinh chúng ta dễ bị tia cực tím tấn công trong khoảng thời gian hàng nghìn năm.

Điều này sẽ được coi là một sự kiện ở mức độ tuyệt chủng và Trái đất có thể bị ảnh hưởng ngay cả khi hành tinh của chúng ta ở cách xa khoảng 36 năm ánh sáng.

Perkins diễn giải: “Khoảng cách cụ thể của độ an toàn và thành phần nguy hiểm nhất vẫn khó xác định chắc chắn vì nhiều tác động phụ thuộc vào các đặc tính như góc nhìn tới sự kiện, năng lượng của vụ nổ, khối lượng vật liệu bắn ra… Với sự kết hợp các thông số mà chúng tôi tính toán, có vẻ như các tia vũ trụ sẽ là mối đe dọa lớn nhất”.

Trước khi than thở rằng ngày tận thế đã đến gần, cần phải cân nhắc bức tranh ngày tận thế được vẽ ra bởi tác động của sự hợp nhất sao neutron với một số yếu tố khác xung quanh những sự kiện này.

Perkins đảm bảo: “Sự hợp nhất sao neutron cực kỳ hiếm và phạm vi sát thương tương đối nhỏ. Do vậy, tuyệt chủng do sự sáp nhập sao neutron không phải là mối lo ngại lớn của con người trên Trái đất”.

Để có được bức tranh về sự hiếm có này, trong suốt 100 tỉ ngôi sao trong dải Ngân hà, các nhà khoa học cho đến nay chỉ tìm thấy một hệ thống tiền thân kilonova tiềm năng là CPD-29 2176, nằm cách Trái đất khoảng 11.400 năm ánh sáng.

Perkins phân tích: “Có một số sự kiện phổ biến khác như ánh sáng mặt trời, tác động của tiểu hành tinh và vụ nổ siêu tân tinh còn nhiều khả năng gây hại hơn”. Ví dụ nổi bật nhất về điều này là tác động của một tiểu hành tinh khổng lồ đã quét sạch hầu hết các loài khủng long và 3/4 sự sống trên Trái đất vào 66 triệu năm trước.

Nhà khoa học Darach Watson của Viện Niels Bohr, người cũng nghiên cứu về kilonova nhưng không tham gia vào nghiên cứu này, nhận định: “Về tổng thể, kilonova có thể là mối đe dọa lớn hơn đối với các hành tinh trong các thiên hà thế hệ cũ, nơi quá trình hình thành sao đã kết thúc, chứ không phải là mối đe dọa đối với các thiên hà thế hệ sau như Ngân hà của chúng ta”.

Anh Tú