Tia Vũ Trụ: Sứ Giả Từ Cách Xa Triệu Năm Ánh Sáng | Thiên Hà TV

Đến từ sâu thẳm trong không gian, được đầy bởi các lực khổng lồ xuyên quai chân không của vũ trụ với tốc độ gần bằng ánh sáng. Trái đất hiện ra lờ mờ ngay phía trước, không thể ngăn cản chúng xé thuộc bầu khí quyển của hành tinh. Nó vai trạm với một nguyên tử niter, phá hủy cả hạt và nguyên tử trong một tiên năng lượng tinh khiết. Lúc này, năng lượng đó tạo ra các hạt mới rơi xuống, gây ra nhiều hơn vai trạm. Khi chúng di chuyển, chẳng mấy chốc, hàng ngàn rồi hàng triệu hạt khác lan ra theo hình nón, đâm sầm vào bề mặt hành tinh, trái đất vừa bị một tiều vũ trụ tấn công. Tiều vũ trụ là gì? Tiều vũ trụ là các hạt hạng nguyên tử năng lượng, được tọa ra bởi các máy ra tốc hạt xuất hiện tự nhiên trong không gian vũ trụ. Chúng bao trùng một phạm vi rộng lớn về năng lượng và nhiều hạt khác nhau. Nói một cách chính xác, chúng là những hạt tích điện như Electrum, Proton và hạt nhân nguyên tử. Mặc dù cũng có những hạt trung tình vũ trụ như Photon và Neutrino có quan hệ mật thiết với nhau, các tiều vũ trụ năng lượng cao nhất có nhiều động năng như một quả bóng chảy ném nhanh, tất cả chỉ trong một hạt hạng nguyên tử. Đây là năng lượng cấp hàng chục triệu lần năng lượng đạt được trong các máy ra tốc do con người chế tạo. Hầu hết các tiều vũ trụ, đặc biệt ở dài năng lượng thấp là các Proton đơn lẻ. Nhưng nhiều hạt nhân nguyên tử hoàn chỉnh như cụm Proton và Neutron chảy rộng trên một phạm vi rộng của bảng tuần hoàn. Các tiều vũ trụ đến từ đâu? Đây là câu hỏi mà các nhà vật lý và thiên văn học đã phải đang nỗ lực tìm câu trả lời kể từ khi các tiều vũ trụ được phát hiện vào đầu những năm 1900. Nhiều trong số đó, đặc biệt là ở mức năng lượng thấp, được tạo ra bởi mặt trời. Ở năng lượng cao hơn, nguồn gốc của các tiều vũ trụ vẫn là một chủ đề nghiên cứu tích cực. Có bằng chứng chắc chắn rằng một số được tạo ra trong thiên hào của chúng ta, trong tàn dư của siêu tân. Ở mức năng lượng cao nhất, các tiều vũ trụ có khả năng bắt nguồn từ bên ngoài thiên hào của chúng ta, trong những môi trường thậm chí còn giàu năng lượng hơn như môi trường xung quanh các lỗ đen khổng lồ ở trung tâm của các thiên hà xa xôi. Việc tiếp tục xác định nhiều nguồn gốc của các tiều vũ trụ sẽ giúp chúng ta hiểu được những phần cực đoan nhất này của vũ trụ, đồng thời sử dụng các máy gia tốc hạt xuất hiện tự nhiên này và các hạt mà chúng tạo ra để trả lời các câu hỏi vật lý cơ bản. Phát hiện tiều vũ trụ Trước khi các tiều vũ trụ chỉ được phát hiện vào những năm 1900, các nhà khoa học đã biết có điều gì đó bí ẩn đang diễn ra ngay từ những năm 1780. Đó là khi nhà vật lý người Pháp Charles Augustin de Coulombe quan sát thấy một quả cầu tích điện đột nhiên không còn tích điện nữa một cách bí ẩn. Vào thời điểm đó, người ta cho rằng không khí là chất cách điện chứ không phải là chất dẫn điện. Tuy nhiên, với nhiều nghiên cứu hơn, các nhà khoa học đã phát hiện ra rằng không khí có thể dẫn điện nếu các phân tử của nó được tích điện hoặc bị ion hóa. Điều này thường xảy ra nhất khi các phân tử tương tác với các hạt tích điện hoặc Tiê X. Nhưng những hạt tích điện này đến từ đâu vẫn là một bí ẩn, ngay cả những nỗ lực chặn điện tích với lượng lớn trì cũng trở nên trống rỗng. Vào ngày 7 tháng 8 năm 1912, nhà vật lý Victor Hess đã bay một quả kinh khí cầu ở độ cao tới 5.300 mét. Ông đã phát hiện ra bức xạ ion hóa ở đó nhiều gấp 3 lần so với trên mặt đất, nghĩa là bức xạ phải đến từ ngoài vũ trụ. Câu chuyện truy tìm nguồn gốc của tiêu vũ trụ đã mất hơn một thế kỷ. Vào năm 2013, kính viễn vọng không gian Tia Gamma Fermi của NASA đã công bố kết quả quan sát hai tản dư siêu tân tinh trong giải ngân hà IC 433 và W44. Trong số các sản phẩm của những vụ nổ sau này, có các phổ tông Tia Gamma không bị ảnh hưởng bởi tư trường. Các Tia Gamma được nghiên cứu có củng dạng năng lượng như các hạt hạng nguyên tử gọi là piong trung tính. Piong được tạo ra khi các proton bị mắc kẹt trong tư trường bên trong sóng sung kích của siêu tân tinh và đâm vào nhau. Nói cách khác, các dấu hiệu năng lượng phù hợp cho thấy các proton có thể di chuyển với tốc độ đủ nhanh bên trong các siêu tân tinh để tạo ra các tiêu vũ trụ. Điều gì xảy ra khi các tiêu vũ trụ vào trái đất? Khi một tiêu vũ trụ năng lượng duy nhất vào trái đất, nó thường tương tác cao trong bầu khí quyển của trái đất. Trải qua phản ứng vật lý hạt với một nguyên tử không khí, làm vỡ nguyên tử, các mảnh nguyên tử đi ra thường đủ năng lượng để lần lượt phá vỡ các nguyên tử khác, v.v. Theo cách này, một trận mưa các hạt hạng nguyên tử năng lượng xảy ra, một phần nhỏ các hạt trong trận mưa rào này có thể chạm tới mặt đất và vai chạm với các nguyên tử ở đó. Các hạt hạng nguyên tử thứ cấp này được tạo ra như một phần của trận mưa rào trong bầu khí quyển của trái đất. Đôi khi được nhóm lại với những hạt đến trái đất trực tiếp từ các nguồn vật lý thiên văn và được gọi chung là các tiêu vũ trụ. Tiêu vũ trụ có hại không? Tiêu vũ trụ là một bức xạ ion hóa, nghĩa là chúng đủ năng lượng để đánh bật các electron ra khỏi nguyên tử, làm ion hóa chúng. Nếu nguyên tử là một phần của thiết bị điện tử hoặc máy tính, điều này có thể thay đổi hiệu suất của thiết bị điện tử hoặc gây ra lỗi một lần trong máy tính. Nếu nguyên tử là một phần của cơ thể sống, có lẽ là một phần của phân tử DNA, thì nó có thể làm hỏng mô sinh học, có thể gây ra đột biến trong DNA. Do đó, các tiêu vũ trụ là một phần của liều bức xạ xảy ra tự nhiên mà con người nhận được trong suốt cuộc đời của họ. Bởi vì bầu khí quyển của trái đất hấp thụ hầu hết năng lượng của các tiêu vũ trụ, nên chỉ một phần nhỏ chạm tới mặt đất. Từ trường của trái đất cũng làm trạch hướng nhiều tiêu vũ trụ sơ cấp ban đầu trước khi trùng đến bầu khí quyển, giúp bảo vệ thêm. Vì vậy, các tiêu vũ trụ đóng góp một phần nhỏ trong tổng liều lượng bức xạ mà con người nhận được, nhỏ hơn liều lượng do xenon xuất hiện tự nhiên từ các đồng vị phóng xạ trong vòi trái đất chẳng hẳn. Hơn nữa, cả thiết bị máy tính và mô sinh học đều có thể xác định và sửa lỗi do bức xạ y âu hóa gây ra trong hầu hết thời gian. Trong những tình huống mà cả bầu khí quyển và tư trường của trái đất đều không thể bảo vệ con người khỏi các tiêu vũ trụ, chẳng hạn như trên một chuyến bay dài tới sau hòa, liều lượng bức xạ từ các tiêu vũ trụ là nguyên nhân gây lo ngại lớn hơn. Một thiết bị trên tàu tự hành Curiosity Mars trong chuyến hành trình kéo dài 253 ngày tới sau hòa đã tiết lộ rằng, liều bức xạ mà một phi hành gia nhận được trong chuyến đi vòng quanh trái đất sau hòa, thậm chí ngắn nhất, sẽ bảo khoảng 0,66 siêu vớt, liều lượng này giống như chúng ta chụp CT toàn thân 5 hoặc 6 ngày một lần. Liều 1 siêu vớt có liên quan đến việc tăng 5,5% nguy cơ mắc bệnh ung thư gây tử vong. Liều bức xạ bình thường hàng ngày mà một người trung bình sống trên trái đất nhận được là 10 micro siêu vớt. Mặt trăng không có bầu khí quyển và tư trường rất yếu, các phi hành gia sống ở đó sẽ phải tự bảo vệ mình. Chẳng hạn bằng cách trôn môi trường sống của họ dưới lòng đất. Sau hòa không có tư trường toàn cầu, các hạt từ mặt trời đã lấy đi hầu hết bầu khí quyển của sau hòa, dẫn đến khả năng bảo vệ chống lại bức xạ trên bề mặt rất kém. Áp suất không khí cao nhất trên sau hòa tương đương với độ cao 35 km trên bề mặt trái đất. Ở độ cao thấp, bầu khí quyển của sau hòa bảo vệ tốt hơn một chút khỏi bức xạ không gian. Hiểu biết hiện tại về tiêu vũ trụ Ngày nay, chúng ta biết rằng các tiêu vũ trụ thiên hà là các mảnh nguyên tử như proton, electron và hạt nhân nguyên tử. Mặc dù bây giờ chúng ta biết chúng có thể được tạo ra trong siêu tân tinh, nhưng có thể có những nguồn khác sẵn có để tạo ra tiêu vũ trụ. Cũng không rõ, chính xác bằng cách nào siêu tân tinh có thể tạo ra các tiêu vũ trụ này nhanh như vậy. Các tiêu vũ trụ liên tục trút xuống trái đất, và trong khi các tiêu sơ cấp năng lượng cao và chạm với các nguyên tử trong tầng khí quyển phía trên của trái đất và hiếm khi xuyên qua được mặt đất, thì các hạt thứ cấp bị đẩy ra khỏi vụ pha chạm này và chạm tới chúng ta trên trái đất. Nhưng vào thời điểm các tiêu vũ trụ này đến trái đất, không thể xác định được chúng đến từ đâu. Đó là bởi vì đường đi của chúng đã bị thay đổi khi chúng di chuyển qua nhiều từ trường của dài ngân hà, của hệ mặt trời và của chính trái đất. Các nhà khoa học đang cố gắng truy tìm lại nguồn gốc của tiêu vũ trụ bằng cách xem xét cấu tạo của tiêu vũ trụ. Họ có thể tìm ra điều này bằng cách xem xét chữ ký quang phủ mà mỗi hạt nhân phát ra trong bức xạ, và cũng bằng cách cần các đồng vị khác nhau của các nguyên tố đập vào máy rỏ tiêu vũ trụ. NASA cho biết thêm, kết quả cho thấy những nguyên tố rất phổ biến trong vũ trụ. Khoảng 90% hạt nhân tiêu vũ trụ là Hydro và 9% là Helium. Hydro và Helium là những nguyên tố phong phú nhất trong vũ trụ và là điểm khởi đầu của các ngôi sao, thiên hà và các cầu trúc lớn khác. 1% còn lại là tất cả các nguyên tố và chính từ 1% đó mà các nhà khoa học có thể tìm kiếm các nguyên tố hiếm một cách tốt nhất. Để so sánh giữa các loại tiêu vũ trụ khác nhau, sự hợp tác của Đài quan sát Pyre-Alger đã tìm thấy một số biến thể trong quỹ đạo tới các tiêu vũ trụ vào năm 2017, cung cấp một số gợi ý về nơi các tiêu có thể bắt nguồn. Các nhà khoa học cũng có thể xác định niên đại của các tiêu vũ trụ bằng cách xem xét các hạt nhân phóng xạ giảm dần theo thời gian. Việc đo chủ kỳ bán giã của mỗi hạt nhân đưa ra ước tính về thời gian tiêu vũ trụ đã ở ngoài không gian. Vào năm 2016, một tàu vũ trụ của NASA đã tìm thấy hầu hết các tiêu vũ trụ có khả năng đến từ các cụm so lớn gần đó. Tàu vũ trụ Advanced Composition Explorer của cơ quan này đã phát hiện ra các tiêu vũ trụ có dạng phóng xạ của sắt, được gọi là sắt 60. Do dạng tiêu vũ trụ này thoải hóa theo thời gian nên các nhà khoa học ước tính nó phải có nguồn gốc cách trái đất không quá 3.000 năm ánh sáng, khoảng cách tương đương với trở rộng của nhanh xoắn ốc cục bộ của giải ngân hà. Một thí nghiệm có tên ISS Grimm đã được phóng lên trạm vũ trụ quốc tế vào năm 2017, dự kiến nó sẽ hoạt động trong 3 năm. Trả lời các câu hỏi như liệu các siêu tân tình có tạo ra nhiều hạt tiêu vũ trụ nhất hay không? Các hạt tiêu vũ trụ bắt nguồn từ khi nào? Và liệu tất cả các quang phổ năng lượng nhìn thấy đối với các tiêu vũ trụ có thể được giải thích bằng một cơ chế duy nhất hay không? Vào năm 2015, ISS cũng triển khai kính viễn vọng điện tử CA LORIMETRIC, tìm kiếm các loại tiêu vũ trụ có năng lượng cao nhất. Tiêu vũ trụ cũng có thể được phát hiện bằng kinh khí cầu. Chẳng hạn như thông qua thí nghiệm SUPERTIGER, bao gồm sự tham gia cổ phòng thí nghiệm sức đầy phản lực của NASA và một số trường đại học. Nó đã bay nhiều lần, bao gồm chuyến bay kỷ lục kéo dài 55 ngày qua nam cực từ tháng 12 năm 2012 đến tháng 1 năm 2013. Với dữ liệu từ chuyến bay này, các nhà khoa học đang nghiên cứu nguồn gốc của tiêu vũ trụ. Cụ thể, thử nghiệm mô hình mới về nguồn gốc tiêu vũ trụ trong OB cũng như các mô hình để xác định hạt nào sẽ được xa tốc. Tháng 12 năm 2019, SUPERTIGER-2-0 đã xuất hiện trên bầu trời. Chuyến bay thứ hai của thí nghiệm tiêu vũ trụ SUPERTIGER-2 đã bay phía trên nam cực trong hơn một tháng. Thu thập dữ liệu tiêu vũ trụ có giá trị. Sau khi xem xong video ngày hôm nay, các bạn có suy nghĩ gì? Các bạn có ý tưởng hay góc ý gì muốn gửi đến chương trình để có những video hay hơn nữa? Hãy nhanh tay để lại ý kiến của mình ở phần bình luận phía bên dưới nhé! Và các bạn cũng đừng quên like, subscribe kênh Thiên Hà TV và bật nút chuông thông báo để ủng hộ và đón xem video thú vị nhất mỗi ngày.