Tia gamma do con người tạo ra không phải là thứ đáng sợ nhất. Trong vũ trụ có một hiện tượng có thể tạo ra tia gamma mạnh hơn sức tưởng tượng của con người, đó là vụ nổ tia gamma.
Các vụ nổ tia gamma là hiện tượng bức xạ điện từ mạnh nhất trong vũ trụ, nó có thể giải phóng nhiều năng lượng chỉ trong vài giây, và lượng năng lượng này nhiều hơn rất nhiều khi so với lượng năng lượng mà Mặt Trời có thể giải phóng trong suốt vòng đời của nó.
Năng lượng như vậy đủ để phá hủy mọi thứ và thậm chí thay đổi cấu trúc của toàn bộ vũ trụ. Việc phát hiện ra tia gamma đã mở ra một chân trời mới cho nhân loại, cho phép chúng ta khám phá những bí ẩn sâu sắc nhất của vũ trụ.
Tuy nhiên, tia gamma cũng là con dao hai lưỡi, có thể mang lại cả lợi ích lẫn tai họa cho nhân loại.
Việc phát hiện ra các vụ nổ tia gamma là một phần thưởng bất ngờ. Vào những năm 1960, để theo dõi xem Liên Xô có vi phạm hiệp ước cấm thử hạt nhân trong không gian hay không, Mỹ đã phóng hàng loạt vệ tinh được trang bị các thiết bị có khả năng phát hiện tia gamma do vụ nổ hạt nhân tạo ra.
Tuy nhiên, các vệ tinh này đã phát hiện một số tín hiệu tia gamma từ sâu trong vũ trụ, những tín hiệu này rất mạnh nhưng cũng có thời gian tồn tại rất ngắn, kéo dài từ vài mili giây đến vài phút, chúng di chuyển theo hướng ngẫu nhiên và không có khuôn mẫu. Những tín hiệu này là những khám phá đầu tiên về vụ nổ tia gamma.
Do những hạn chế về mặt kỹ thuật vào thời điểm đó, không thể xác định được nguồn gốc của những tín hiệu này và người ta chỉ có thể suy đoán rằng chúng có thể liên quan đến vụ nổ của các ngôi sao hoặc sự hình thành của các lỗ đen.
Việc phát hiện ra những tín hiệu này đã khơi dậy sự quan tâm lớn trong cộng đồng khoa học và gây ra nhiều suy đoán, tranh luận. Để phát hiện và nghiên cứu tốt hơn các vụ nổ tia gamma, các nhà khoa học đã liên tiếp phóng một số vệ tinh và kính thiên văn chuyên dụng như Vệ tinh Thiên văn Hoa Kỳ năm 1974, Vệ tinh Thiên văn Châu Âu năm 1983, Đài quan sát tia Gamma của Hoa Kỳ năm 1991 và Đài thiên văn Hoa Kỳ năm 1991, Đài quan sát tia Gamma năm 2004, Đài quan sát tia Gamma quốc tế châu Âu và vệ tinh Swift của Mỹ năm 2008, v.v.
Những vệ tinh và kính thiên văn này không chỉ có thể phát hiện tia gamma mà còn phát hiện được bức xạ điện từ trong các dải khác do các vụ nổ tia gamma tạo ra, chẳng hạn như tia X, ánh sáng khả kiến, sóng vô tuyến, v.v. Thông qua các vệ tinh và kính thiên văn này, các nhà khoa học đã phát hiện ra hàng nghìn vụ nổ tia gamma.
Sau nhiều thập kỷ quan sát và phân tích, các nhà khoa học đã phát hiện ra rằng có hai nguyên nhân có thể dẫn đến việc tạo ra các vụ nổ tia gamma. Đầu tiên là một ngôi sao rất lớn phát nổ dưới dạng siêu tân tinh khi nó già đi, tạo thành một lỗ đen. Trong quá trình này, phần bên trong của ngôi sao sẽ dần dần sụp đổ và một cấu trúc giống như đĩa quay tốc độ cao gọi là đĩa bồi tụ sẽ được hình thành ở bên ngoài.
Vật chất trong đĩa bồi tụ sẽ tiếp tục bị lỗ đen nuốt chửng, đồng thời hai dòng vật chất tốc độ cao gọi là tia sẽ bị đẩy ra từ hai cực của lỗ đen. Trong máy bay phản lực, một lượng lớn bức xạ tia gamma được tạo ra do tác động của sóng xung kích và từ trường mạnh. Loại vụ nổ tia gamma này thường kéo dài trong thời gian ngắn, chỉ vài giây nên còn được gọi là vụ nổ tia gamma ngắn hạn.
Loại thứ hai là sự hợp nhất của hai vật thể rất dày đặc, chẳng hạn như lỗ đen hoặc sao neutron. Cả hai vật thể này đều là tàn tích của những ngôi sao chết. Khi đến đủ gần, chúng hút nhau và cuối cùng va chạm tạo thành một lỗ đen lớn hơn. Trong quá trình này, một đĩa bồi tụ và hai tia cũng được tạo ra, tạo ra bức xạ tia gamma.
Loại vụ nổ tia gamma này thường kéo dài trong một thời gian dài, vài phút hoặc thậm chí hàng giờ, vì vậy nó còn được gọi là vụ nổ tia gamma kéo dài. Sau khi nghiên cứu khoa học sâu hơn, các nhà khoa học phát hiện ra rằng các vụ nổ tia gamma không chỉ xảy ra ở sâu trong vũ trụ.
Theo tính toán của các nhà khoa học, trong hàng tỷ năm lịch sử Trái Đất, cứ khoảng 5 triệu năm, Trái Đất sẽ phải đối mặt với thảm họa thảm khốc do vụ nổ tia gamma gây ra. Điều này có nghĩa là kể từ khi sự sống ra đời trên Trái Đất, nó đã trải qua vụ nổ và hủy diệt của hơn 1.000 vụ nổ tia gamma. Đối với nhiều người, sự kiện duy nhất có thể so sánh với sự hủy diệt sự sống trên Trái Đất trong trí nhớ và nhận thức của họ là vụ va chạm với tiểu hành tinh khoảng 65 triệu năm trước.
Tuy nhiên, các nhà khoa học ngày nay nói với chúng ta rằng tác động của tiểu hành tinh có thể được coi là gần như không đáng kể so với các vụ nổ tia gamma. Thông qua việc tìm hiểu và nghiên cứu chuyên sâu về lịch sử Trái Đất, các nhà khoa học đã phát hiện ra một số bằng chứng.
Năm trong số những sự kiện tuyệt chủng sinh học nghiêm trọng nhất đã xảy ra trong lịch sử Trái Đất, trong đó đáng kể nhất là sự kiện tuyệt chủng hàng loạt kỷ Ordovic. Trước đây, các nhà khoa học chỉ suy đoán nguyên nhân chính dẫn đến sự tuyệt chủng này là do sự thay đổi đột ngột của khí hậu Trái Đất từ ấm sang lạnh, cuối cùng dẫn đến cái chết.
Tuy nhiên, các nhà khoa học vẫn bối rối không biết yếu tố nào đã khiến nhiệt độ Trái Đất giảm đột ngột. Cho đến gần đây, một nhóm nghiên cứu chung gồm các nhà sinh vật học và vật lý học đã thực hiện một khám phá lớn về hóa thạch bọ ba thùy từ kỷ Ordovic. Họ đã tìm thấy bằng chứng rõ ràng về việc tiếp xúc với tia gamma trong hóa thạch.
Phát hiện này cung cấp cho các nhà khoa học câu trả lời vì sao nhiệt độ Trái Đất lại giảm mạnh vào thời điểm đó. Khi các vụ nổ tia gamma đi qua bầu khí quyển Trái Đất, chúng tương tác với các phân tử trong khí quyển, gây ra một loạt phản ứng hóa học dẫn đến phá hủy tầng ozone trong khí quyển. Điều này khiến các sinh vật trên bề mặt Trái Đất tiếp xúc với bức xạ cực tím chết người, dẫn đến các sự kiện tuyệt chủng sinh học quy mô lớn.
Mặc dù tia gamma có sức tàn phá mạnh mẽ nhưng chúng cũng được sử dụng rộng rãi và đóng vai trò quan trọng trong công nghiệp và y học. Trong công nghiệp, khả năng xuyên thấu của tia gamma khiến chúng trở thành một công cụ rất hữu ích. Bằng cách sử dụng tia gamma, chúng ta có thể thăm dò bên trong kim loại và các vật thể khác, ngay cả những vật liệu rất dày cũng có thể được nhìn thấy rõ ràng bằng tia gamma.
Phương pháp thử nghiệm không phá hủy này cực kỳ có giá trị trong việc kiểm soát chất lượng, đánh giá kết cấu và kiểm tra sản phẩm. Trong lĩnh vực y tế, tia gamma cũng đóng một vai trò quan trọng. Trong xạ trị, sử dụng sức xuyên thấu của tia gamma, các bác sĩ có thể nhắm mục tiêu chính xác liều lượng bức xạ cao đến các tế bào ung thư để tiêu diệt chúng hoặc ức chế sự phát triển của chúng.
Trong khi sử dụng tia gamma, cộng đồng khoa học cũng đã phát hiện được các vụ nổ tia gamma trong vũ trụ. Vụ nổ tia gamma là vụ nổ dữ dội nhất trong vũ trụ, chúng có thể giúp chúng ta hiểu được nguồn gốc, cấu trúc và sự tiến hóa của vũ trụ cũng như các quá trình vật lý của các thiên thể như sao, lỗ đen và sóng hấp dẫn.
Chúng còn có thể được sử dụng làm công cụ phát hiện vật chất tối và năng lượng tối trong vũ trụ, vì chúng có thể xuyên qua môi trường dày đặc giữa các vì sao để đến các thiên hà xa xôi. Nó giúp chúng ta hiểu những bí ẩn của vũ trụ và đánh giá các mối đe dọa tiềm tàng của chúng đối với sự sống trên Trái Đất, cung cấp tài liệu tham khảo để phòng ngừa và ứng phó trong tương lai.
Tham khảo: Zhihu
