Buzz
Các nhà nghiên cứu vừa xác nhận sự xuất hiện của hạt neutrino mang năng lượng mạnh nhất từng được ghi nhận, nhưng nguồn gốc của nó vẫn là một bí ẩn chưa có lời giải.
Vũ trụ luôn chứa đựng những điều bí ẩn mà con người chưa thể giải mã, và gần đây, giới thiên văn lại phát hiện một hiện tượng đáng kinh ngạc. Một hạt neutrino với năng lượng cực lớn, lên đến 220 triệu tỷ electron volt, vừa được kính viễn vọng neutrino Kilometre Cubic (KM3NeT) ghi nhận dưới đáy Địa Trung Hải.
Đây là mức năng lượng cao gấp 100 lần so với bất kỳ hạt neutrino nào từng được phát hiện trước đây, đặt ra câu hỏi lớn về nguồn gốc và cơ chế hình thành của nó. Sự kiện này có thể mở ra một chương mới trong ngành thiên văn học neutrino, giúp nhân loại tiến gần hơn đến việc khám phá những hiện tượng vũ trụ chưa từng được biết đến.
Neutrino từ lâu đã được coi là một trong những hạt bí ẩn nhất trong vật lý. Không mang điện tích, có khối lượng gần như bằng không và hầu như không tương tác với vật chất, chúng được ví như những 'hạt ma' vì có thể xuyên qua mọi vật thể mà không để lại dấu vết. Mỗi giây, có đến 100 tỷ hạt neutrino đi xuyên qua mỗi cm² cơ thể con người mà không gây ra bất kỳ ảnh hưởng nào.
Phần lớn neutrino được tạo ra từ các phản ứng hạt nhân bên trong các ngôi sao, trong những vụ nổ siêu tân tinh hoặc do sự phân rã phóng xạ. Ngay trên Trái Đất, chúng cũng xuất hiện trong các máy gia tốc hạt và lò phản ứng hạt nhân. Tuy nhiên, một hạt neutrino mang năng lượng khổng lồ như vừa được phát hiện lại là một câu chuyện hoàn toàn khác. Nó không thể bắt nguồn từ những nguồn thông thường mà có khả năng đến từ các hiện tượng vũ trụ cực đoan hơn, chẳng hạn như lỗ đen siêu khối hoặc các vụ nổ thiên hà cực mạnh.
Việc quan sát các hạt neutrino như thế này không hề dễ dàng. Do neutrino gần như không tương tác với vật chất, chúng không thể được phát hiện trực tiếp bằng các phương pháp truyền thống. Để khắc phục điều này, các nhà khoa học đã xây dựng kính viễn vọng neutrino KM3NeT dưới đáy Địa Trung Hải, một trong những công trình khoa học đầy tham vọng trong lĩnh vực thiên văn học hạt.
Hệ thống KM3NeT bao gồm hai máy dò chính: ARCA, chuyên nghiên cứu các hạt neutrino năng lượng cao từ vũ trụ, và ORCA, tập trung vào nghiên cứu dao động neutrino. Cả hai đều hoạt động dựa trên hiện tượng bức xạ Cherenkov – một loại ánh sáng xanh đặc biệt phát ra khi một hạt di chuyển trong nước với tốc độ vượt quá tốc độ ánh sáng trong môi trường đó. Khi một neutrino va chạm với hạt nhân nguyên tử trong nước, nó có thể tạo ra muon – một hạt hạ nguyên tử có khả năng phát ra bức xạ Cherenkov. Thông qua việc quan sát ánh sáng này, các nhà khoa học có thể xác định được hướng đi và năng lượng của neutrino ban đầu.
Vào tháng 2 năm 2023, máy dò ARCA đã ghi nhận một sự kiện chưa từng có. Ở độ sâu 3,5 km dưới đáy biển, cách bờ biển Sicily khoảng 80 km, một muon cực mạnh đã di chuyển qua hệ thống cảm biến của kính viễn vọng. Tín hiệu của nó đủ mạnh để kích hoạt hơn một phần ba số thiết bị đo lường của KM3NeT.
Phân tích chi tiết cho thấy đây chính là dấu vết của một neutrino vũ trụ mang năng lượng cao nhất từ trước đến nay. Sự kiện này ngay lập tức thu hút sự chú ý của giới khoa học, không chỉ vì nó vượt xa mọi neutrino từng được ghi nhận, mà còn đặt ra một câu hỏi lớn: hạt này đến từ đâu?
Các nhà thiên văn học hiện vẫn chưa thể xác định nguồn gốc chính xác của neutrino này. Một số giả thuyết cho rằng nó có thể đã được gia tốc trong môi trường xung quanh một lỗ đen siêu khối, nơi các từ trường cực mạnh có thể bắn ra các hạt với tốc độ gần bằng tốc độ ánh sáng. Một khả năng khác là nó liên quan đến một vụ nổ siêu tân tinh, khi một ngôi sao khổng lồ phát nổ, giải phóng năng lượng khổng lồ vào không gian.
Một giả thuyết thậm chí còn táo bạo hơn: neutrino này có thể đến từ sự tương tác giữa một tia vũ trụ cực mạnh và bức xạ nền vi sóng vũ trụ – tàn dư của Vụ Nổ Lớn (Big Bang). Nếu giả thuyết này đúng, đây sẽ là lần đầu tiên con người có bằng chứng trực tiếp về cách các hạt trong vũ trụ sơ khai có thể ảnh hưởng đến vật chất ngày nay.
Để tìm ra câu trả lời, các nhà khoa học đang tiếp tục mở rộng kính viễn vọng KM3NeT, với tham vọng tạo ra một hệ thống đủ lớn và nhạy bén để phát hiện nhiều neutrino năng lượng cao hơn. Với kích thước hàng kilomet khối, KM3NeT hứa hẹn sẽ giúp nhân loại quan sát được những sự kiện vũ trụ mạnh mẽ nhất, từ đó vẽ lại bức tranh về cách các vật thể cực đoan trong vũ trụ hoạt động.
"KM3NeT đã bắt đầu thăm dò một loạt năng lượng và độ nhạy mới, cho phép chúng ta quan sát các hiện tượng vật lý thiên văn cực đoan", Paschal Coyle, nhà nghiên cứu tại Trung tâm Nghiên cứu Khoa học Quốc gia Pháp, chia sẻ. "Lần đầu tiên phát hiện neutrino có năng lượng hàng trăm Petaelectronvolt (PeV) mở ra một chương mới trong thiên văn học neutrino và giúp chúng ta có thêm một cửa sổ để quan sát vũ trụ".
Khám phá này không chỉ đánh dấu một bước tiến quan trọng trong lĩnh vực nghiên cứu neutrino mà còn mở ra một hướng đi mới trong ngành thiên văn học hạt. Trong nhiều thập kỷ, giới khoa học đã sử dụng ánh sáng và sóng vô tuyến để quan sát vũ trụ, nhưng những phương pháp này đều có những hạn chế nhất định.
Với sự xuất hiện của các kính viễn vọng neutrino như KM3NeT, con người có thể khám phá sâu hơn vào những khu vực mà ánh sáng không thể xuyên qua, chẳng hạn như bên trong các lỗ đen hay trung tâm của những thiên hà xa xôi. Điều này đồng nghĩa với việc chúng ta đang tiến gần hơn bao giờ hết đến việc giải mã những bí ẩn lớn nhất của vũ trụ, từ quá trình hình thành các thiên hà cho đến cách thức hoạt động của những vật thể cực đoan nhất.
