“Hạt ma quỷ” mạnh kỷ lục khuấy động ngoài khơi Sicily

Theo nghiên cứu vừa được công bố trên tạp chí Nature, một trong 2 mảng kính viễn vọng KM3NeT, nằm ở độ sâu 3.450 mét bên dưới bề mặt Biển Địa Trung Hải, đã bắt được dấu tích các “hạt ma quỷ” mang năng lượng kỷ lục 220 petaelectronvolt (PeV), gấp 22 lần kỷ lục cũ.

“Hạt ma quỷ” là biệt danh các nhà khoa học đặt cho neutrino, một hạt hạ nguyên tử có khối lượng nhỏ hơn rất nhiều so với bất kỳ loại hạt cơ bản nào từng được biết đến.

Chúng không ngừng tuôn xuống Trái Đất và như những bóng ma đi xuyên qua mọi thứ – từ cơ thể chúng ta cho đến toàn bộ địa cầu – mà chúng ta không thể cảm thấy.

Nhờ công nghệ hiện đại, nhân loại đã nắm bắt được loại hạt bí ẩn này và khám phá ra rằng việc theo dõi chúng có thể giúp phục vụ các nghiên cứu về vũ trụ học, địa vật lý…

Dòng neutrino đổ xuống Địa Trung Hải mà KM3NeT – được đặt ngoài khơi đảo Sicily của Ý – có thể tiết lộ về một quái vật vũ trụ, theo nhóm nghiên cứu quốc tế đến từ KM3NeT.

Mảng kính viễn vọng biển sâu này không bắt được trực tiếp dòng hạt ma quỷ, nhưng bắt được hơn 28.000 photon được tạo ra bởi sự đi qua của neutrino chạy qua toàn bộ thể tích máy dò.

Các hạt phun ra gần như theo chiều ngang, nghĩa là neutrino tạo ra chúng phải đi qua khá nhiều đá và nước trong lớp vỏ Trái Đất trước khi nó va vào các nguyên tử trong tầm quan sát của KM3NeT.

Bản thân ánh sáng đến từ một hạt cơ bản khác gọi là muon, được tạo ra trong quá trình tương tác tầng.

Muon này được ước tính có năng lượng khoảng 120 PeV, một con số cao đáng kinh ngạc đối với các hạt này. Nhưng con số đó không là gì so với hạt tiền thân của nó – hạt ma quỷ neutrino.

Các tính toán cho thấy neutrino đã tạo ra muon này phải mang năng lượng lên tới 220 PeV.

Chỉ một số ít các vật thể thiên văn có khả năng tăng tốc các hạt đến mức năng lượng cực đại như vậy, chẳng hạn như siêu tân tinh hoặc lỗ đen. Một thủ phạm tiềm năng là chuẩn tinh, loại lỗ đen siêu khối hung hãn, liên tục tỏa sáng và bắn luồng bức xạ về phía Trái Đất.

Nhưng xét đến mức năng lượng chưa từng có này, chúng cũng có thể là neutrino vũ trụ nguyên thủy, được sinh ra từ các tia vũ trụ tương tác với các photon từ bức xạ nền còn sót lại từ sự kiện Vụ nổ Big Bang.

Nhóm nghiên cứu đã điều tra 4 giả thuyết trong vùng bầu trời mà hạt ma quỷ mang năng lượng kỷ lục này có thể khởi nguồn.

Đó có thể là thứ gì đó trong thiên hà của chúng ta; thứ gì đó bên ngoài thiên hà nhưng vẫn nằm trong khu vực Vũ trụ cục bộ; một sự kiện thoáng qua như vụ nổ tia gamma; hoặc thứ gì đó từ một thiên hà xa xôi.

Ba giả thuyết đầu tiên nhanh chóng bị loại bỏ. Với giả thuyết cuối cùng, nhóm nghiên cứu lọc ra 12 chuẩn tinh tiềm năng nằm giữa các thiên hà xa xôi, nhưng chưa có cái nào thuyết phục.

Vì vậy, họ vẫn nghiêng về trường hợp cuối cùng, vốn rất khó để xác nhận: Hạt ma quỷ đã khuấy động ngoài khơi Sicily là các hạt ma quỷ nguyên thủy, mang dấu ấn của Big Bang.

Nếu vậy, đây sẽ là lần đầu tiên nhân loại phát hiện ra neutrino được tạo ra theo cách này. Giả thuyết này vẫn cần được nghiên cứu thêm.