Những ngôi sao đầu tiên của vũ trụ là những con quái vật khổng lồ. Chúng chỉ chứa toàn hydro và heli và có thể nặng gấp 300 lần Mặt Trời. Bên trong chúng, các nguyên tố nặng đầu tiên đã được hình thành, sau đó được phân tán ra vũ trụ khi cuộc đời ngắn ngủi của chúng kết thúc. Chúng là hạt giống của tất cả các sao và hành tinh mà chúng ta thấy ngày nay. Một nghiên cứu mới được công bố trên tạp chí Science gợi ý rằng những ngôi sao cổ đại này đã tạo ra nhiều nguyên tố hơn những gì chúng ta biết.
Ngoại trừ hydro, heli và một phần rất rất nhỏ các nguyên tố nhẹ khác, tất cả các nguyên tử mà chúng ta biết tới ngày nay đều được tạo ra thông qua các quá trình thiên văn, như các vụ nổ supernova, va chạm của các sao neutron và va chạm của các hạt năng lượng cao. Những sự kiện này đã tạo ra các nguyên tố nặng lên đến Uranium-238, là nguyên tố tự nhiên nặng nhất. Uranium được hình thành trong các vụ nổ supernova và va chạm sao neutron thông qua một quá trình được gọi là quá trình r (r-process), trong đó neutron được bắt giữ nhanh chóng bởi các hạt nhân nguyên tử để trở thành nguyên tố nặng hơn. Quá trình r rất phức tạp, và vẫn còn nhiều điều chúng ta chưa hiểu về cách nó xảy ra, hoặc giới hạn khối lượng trên của nó có thể tới đâu. Tuy nhiên, nghiên cứu mới này gợi ý rằng quá trình r trong những ngôi sao đầu tiên có thể đã sản xuất ra các nguyên tố nặng hơn nhiều với khối lượng nguyên tử có thể đạt trên 260.
Nhóm nghiên cứu đã xem xét 42 sao trong thiên hà Milky Way mà thành phần nguyên tố đã được biết rõ. Thay vì chỉ tìm kiếm sự hiện diện của các nguyên tố nặng, họ đã xem xét sự phong phú tương đối của các nguyên tố. Họ phát hiện rằng sự phong phú của một số nguyên tố như bạc và rhodium không phù hợp với sự phong phú được dự đoán từ việc tổng hợp hạt nhân qua quá trình r. Dữ liệu gợi ý rằng các nguyên tố này là kết quả phân rã từ các hạt nhân nặng hơn nhiều với khối lượng nguyên tử hơn 260 đơn vị.
Tổng hợp hạt nhân trong quá trình r. Credit: Lawrence Livermore National Laboratory.
Ngoài quá trình r của việc bắt giữ neutron nhanh, có hai cách khác để tạo ra các hạt nhân nguyên tử nặng: quá trình p nơi hạt nhân giàu neutron bắt giữ proton, và quá trình s nơi một hạt nhân gốc có thể bắt giữ neutron. Nhưng cả hai quá trình này đều không thể tạo ra sự gia tăng nhanh về khối lượng cần thiết cho các nguyên tố nặng hơn uranium. Và chỉ có trong những ngôi sao siêu khổng lồ thế hệ đầu tiên thì quá trình r mới có thể tạo ra những nguyên tố như vậy.
Do đó, nghiên cứu gợi ý rằng quá trình r có thể tạo ra các nguyên tố nặng hơn uranium nhiều, và có lẽ đã làm vậy trong những ngôi sao đầu tiên của vũ trụ. Trừ khi có một hòn đảo ổn định cho một số nguyên tố siêu nặng này, nếu không thì chúng đều đã phân rã từ lâu để trở thành các nguyên tố tự nhiên mà chúng ta thấy ngày nay. Nhưng việc chúng từng tồn tại sẽ giúp các nhà khoa học hiểu rõ hơn về quá trình r và giới hạn của nó.
Bryan
Theo Phys.org
