Phát hiện "nhà máy" sản xuất vật chất tối gần Trái đất

Sâu bên trong phần lõi nóng rực, ngôi sao đỏ khổng lồ Betelgeuse có thể sản sinh hàng tấn hạt vật chất tối có tên axion.

Có hình dáng giống một chấm đỏ rực sáng trong chòm sao Orion, Betelgeuse là ngôi sao thu hút nhiều sự quan tâm của giới nghiên cứu. Nó chỉ cách Trái đất 520 năm ánh sáng và gây chú ý vào năm ngoái khi bắt đầu mờ đi bí ẩn, khiến các nhà nghiên cứu cho rằng nó có thể sắp phát nổ như siêu tân tinh.

Mô phỏng sao khổng lồ đỏ Betelgeuse. (Ảnh: NASA).

Do là một ngôi sao lớn và nóng, Betelgeuse có thể là nơi hoàn hảo để tìm kiếm axion. Những hạt phỏng đoán này có khối lượng chỉ bằng một phần triệu hoặc thậm chí một phần tỷ so với electron và là ứng cử viên lý tưởng cấu thành vật chất tối, loại vật chất bí ẩn có khối lượng lớn nhất trong vũ trụ nhưng giới nghiên cứu vẫn chưa thể xác định bản chất của nó.

Là vật chất tối, axion không tương tác nhiều với hạt ánh sáng, nhưng theo một số giả thuyết, có khả năng hạt ánh sáng photon có thể biến đổi thành axion khi tồn tại từ trường mạnh, theo Mengjiao Xiao, nhà vật lý ở Viện Công nghệ Massachusetts (MIT) tại Cambridge. Lõi nhiệt hạt nhân của một ngôi sao là nơi thích hợp để tìm kiếm cả photon và từ trường. Betelgeuse với khối lượng lớn gấp 20 lần Mặt Trời, có thể là "nhà máy axion".

Nếu axion được sản xuất trong môi trường cực hạn này, chúng có thể thoát ra ngoài và trôi về phía Trái đất với số lượng lớn. Thông qua tương tác với từ trường tự nhiên của dải Ngân Hà, axion có thể biến đổi thành photon ở dải tia X của quang phổ điện từ. Là một ngôi sao lớn tuổi, Betelgeuse đang ở giai đoạn vòng đời mà tại đó, nó không phát ra nhiều ánh sáng tia X, vì vậy bất kỳ bức xạ nào phát hiện từ đó có thể hé lộ sự tồn tại của axion.

Xiao và đồng nghiệp sử dụng Mạng lưới kính viễn vọng quang phổ hạt nhân (NuSTAR) của NASA để tìm kiếm tín hiệu tia X từ Betelgeuse. Tuy nhiên, họ không tìm thấy gì ngoài lượng tia X nhỏ từ những quá trình vật lý thiên văn thông thường. Xiao công bố kết quả nghiên cứu tại cuộc họp của Hiệp hội vật lý Mỹ diễn ra hôm 20/4. Theo họ, photon và axion ít có khả năng tương tác hơn 3 lần so với suy đoán trước đây.

Do môi trường sao ồn ào hơn điều kiện trong phòng thí nghiệm, những nghiên cứu như thế này rất khó tiến hành, theo Joshua Foster, nhà vật lý ở MIT, người không tham gia nghiên cứu. Nhưng nhóm nghiên cứu đã nỗ lực xác định các đặc điểm của axion.

Ngay cả khi các nhà nghiên cứu phát hiện tia X từ ngôi sao, điều đó không nhất thiết chỉ ra axion có thật. Nhưng axion có thể giúp giới thiên văn học hiểu rõ hơn về Betelgeuse. Nếu biết rõ đặc tính của loại hạt này, các kính viễn vọng quan sát Betelgeuse có thể sẽ thu được tín hiệu của chúng, giúp xác định những quá trình xảy ra trong lõi ngôi sao và tính toán thời điểm nó phát nổ.

Cập nhật: 22/04/2021 Theo VnExpress