Tất cả các nguyên tố hóa học nặng hơn carbon như oxy chúng ta thở, silic tạo nên cát trên bãi biển,...đã được tạo nên qua những phản ứng nhiệt hạch trong các ngôi sao, và giải phóng ra trong những vụ nổ mà chúng ta vẫn gọi là supernova. bằng việc đo thành phần hóa học của vũ trụ, các nhà khoa học đang cố gắng tái cấu trúc lại lịch sử về sự ra đời của những nguyên tố hóa học quan trọng đối với tiến hóa của sự sống.
Nói một cách rất tổng quát, có hai kiểu supernova và tỷ lệ các nguyên tố hóa học được sinh ra trong các vụ nổ đó phụ thuộc vào việc vụ nổ thuộc kiểu nào. Những nguyên tố nhẹ hơn như oxy hay ma-giê về cơ bản có nguồn gốc từ vụ nổ của các sao rất nặng (khoảng 10 lần khối lượng Mặt Trời) khi chúng chết. Kiểu đó được gọi là "supernova sụp đổ lõi" (vật chất sụp đổ do lực nén vào tâm quá lớn, tạo thành sao neutron hoặc lỗ đen)
Các sao nhỏ hơn thì thường kết thúc cuộc đời của chúng ở trạng thái sao lùn trắng, một số trong đó có thể phát nổ nhiệt hạch nếu chúng sau đó lấy vật chất từ sao đồng hành, gây ra sự mất cân bằng hấp dẫn. Đây gọi là supernova kiểu Ia. Các nguyên tố nặng hơn như sắt hay nikel hầu hết được tạo thành từ kiểu supernova này.
Để tạo nên thành phần hóa học của Hệ Mặt Trời, chúng ta cần có tỷ lệ là cứ năm vụ nổ supernova thì có một vụ trong số đó là kiểu nổ nhiệt hạch. Aurora Simionescu - nhà nghiên cứu cộng tác với JAXA (cơ quan không gian Nhật Bản) - muốn tìm xem thành phần hóa học trung bình của vũ trụ là tương tựnhuw Hệ Mặt Trời, hay chỉ có khu vực lân cận của chúng ta đặc biệt như vậy.
Trên thực tế, có lẽ rằng câu trả lời cho câu hỏi này không được tìm thấy bằng cách quan sát chính các ngôi sao, mà cần nhìn sâu vào không gian giữa các thiên hà. Đó là bởi vì hầuheets vật chất thông thường trong vũ trụ, trong đó có các kim loại, không phải nằm trong các ngôi sao mà ở khínongs phát xạ lấp đầy không gian giữa các thiên hà, và chúng nóng đến mức phát ra bức xạ tia X mạnh mẽ. Những nguồn tia X mạnh nhất là những cụm thiên hà - những cấu trúc lớn trong vũ trụ nơi nhiều thiên hà liên kết với nhau.
"Tôi đã nhận thấy ý tưởng này rất hấp dẫn ngay từ năm đầu tiên tôi làm tiến sĩ: Xác định tia X của thành phần hóa học vũ trụ", Aurora Simionescu nói. "Nhưng trở lại thời điểm gần 10 năm trước, rất khó để thu được những kết quả đo đáng tin cậy về sự phong phú kim loại trừ những phần đặc và bức xạ mạnh nhất trong môi trường liên thiên hà, do sự thiếu các photon X-ray và độ nhiễu cao. Như vậy chúng tôi chỉ có thể thăm dò thành phần hóa học của khoảng một phần nghìn thể tích trung tâm của mỗi cụm thiên hà."
Vệ tinh Suzaku X-ray của JAXA đã đầu tư thời gian quan sát rất lớn, tập hợp dữ liệu trong nhiều tuần để giải quyết vẫn đề này. Những quan sát chi tiết đầu tiên nhằm vào đối tượng bức xạ cao nhất, cụm thiên hà Perseus, cho phép những phép đo chi tiết về độ phong phú của sắt ở môi trường bên trong cụm. Tuy nhiên, thông tin về những nguyên tố hóa học tạo ra từ các supernova sụp đổ lõi vẫn chưa được tìm thấy.
Với những phép đo như vậy, các quan sát cụm thiên hà với nhiệt độ trung bình thấp hơn là cần thiết, để có được phát xạ của các nguyên tố nhẹ hơn là tương đối mạnh so với phát xạ trong cụm Perseus. Suzaku sau đó dành khoảng 2 tuần quan sát cụm Virgo - nguồn phát X-ray mạnh thứ hai và nằm gần nhất, có nhiệt độ thấp thích hợp với yêu cầu này.
Với những dữ liệu mới này, Simionescu và các đồng nghiệp ở JAXA và Đại học Stanford đã thành công trong việc phát hiện ra không chỉ sắt mà lần đầu tiên còn tìm thấy ma-giê, silic và lưu huỳnh ở rìa của cụm thiên hà này. Các kết quả của họ đã được báo cáo trong xuất bản gần đây của Tạp chí Vật lý thiên văn (Astrophysical Journal).
"Cái mà chúng tôi tìm thấy là các tỷ lệ giữa độ phong phú của sắt, silic, lưu huỳnh và ma-giê là như nhau trong toàn bộ cụm thiên hà Virgo, và gần như giống với thành phần của Mặt Trời và hầu hết các sao trong thiên hà chúng ta", Tiến sĩ Norbert Werner ở đại học Stanford, đồng tác giả của nghiên cứu giải thích.
Các cụm thiên hà chiếm một thể tích lớn mà mỗi cấu trúc như vậy được coi là đại diện cho cả phần còn lại của vũ trụ. Kết quả nghiên cứu mới của Suzaku có nghĩa rằng các nguyên tố hóa học trong vũ trụ đã được hòa trộn rất đều nhau, với cùng một thành phần hóa học ở qui mô bán kính Mặt Trời (hàng trăm nghìn km) cho tới kích thước của các cụm thiên hà (hàng triệu năm ánh sáng).
Mặc dù có thể vẫn còn những phạm vi nhỏ trong vũ trụ có thành phần hóa học khác, còn lại về cơ bản thành phần của vũ trụ là tương tự nhau đối với khu vực lân cận của chúng ta.
"Vệ tinh Suzaku đã mở ra một cửa sổ mới vào vũ trụ và cho chúng ta thấy rằng bất cứ nơi nào bạn tìm kiếm, vượt qua mọi qui mô, thành phần hóa học của vũ trụ về cơ bản là như nhau" - đồng tác giả của nghiên cứu, giáo sư Steven Allen ở đại học Stanford cho biết - "Đây là một kết quả đơn giản và đẹp, và là một bước tiến trong việc hiểu về cách mà vũ trụ quanh chúng ta hình thành."
Bryan (VACA)
Theo Space Daily
