Ghi nhận dấu hiệu Nền Neutrino siêu tân tinh: Bước tiến giải mã lịch sử vũ trụ

Ngày 26.6, Trung tâm quốc tế Khoa học và giáo dục liên ngành (ICISE, ở phường Quy Nhơn Nam, Gia Lai) cho biết, lần đầu tiên trên thế giới, thí nghiệm Super-Kamiokande (SK) đã ghi nhận dấu hiệu của Nền Neutrino siêu tân tinh khuếch tán (Diffuse Supernova Neutrino Background - DSNB) với mức ý nghĩa thống kê 2,6 sigma, tương đương độ tin cậy 99,5%.

Kết quả được công bố sau khi các nhà khoa học phân tích dữ liệu quan sát kéo dài khoảng 5.000 ngày, kết hợp giữa giai đoạn vận hành bằng nước siêu tinh khiết (3.349 ngày, từ năm 2008 - 2020) và giai đoạn hòa tan muối gadolinium (1.653 ngày, từ năm 2020 đến nay).

Manh mối giải mã lịch sử vũ trụ

Theo các nhà khoa học, trong khắp vũ trụ, gần như mỗi giây đều có vài vụ nổ siêu tân tinh xảy ra. Kể từ khi vũ trụ hình thành, các neutrino phát ra từ những vụ nổ này liên tục lan truyền trong không gian và tích lũy theo thời gian. Dòng hạt tích lũy đó được gọi là Nền Neutrino siêu tân tinh khuếch tán (Diffuse Supernova Neutrino Background - DSNB), còn có tên gọi khác là Neutrino tàn dư siêu tân tinh (Supernova Relic Neutrinos - SRN).

Các vụ nổ siêu tân tinh xảy ra khi những ngôi sao có khối lượng lớn (gấp khoảng 8 lần khối lượng mặt trời trở lên) bước vào giai đoạn cuối của quá trình tiến hóa và suy sụp lõi. Hiện tượng này giải phóng năng lượng khổng lồ dưới dạng neutrino, đồng thời phát tán vào không gian các nguyên tố nặng như carbon, oxy, silic và sắt (những thành phần cấu tạo nên Trái Đất và cơ thể con người).

Tuy nhiên, do các neutrino phân tán trong không gian rộng lớn và có tín hiệu cực kỳ yếu nên việc phát hiện DSNB luôn là một trong những thách thức lớn nhất của vật lý hạt và thiên văn học.

ẢNH: THÍ NGHIỆM SUPER-KAMIOKANDE

Việc ghi nhận trực tiếp tín hiệu này là mục tiêu khoa học quan trọng mà dự án Super-Kamiokande theo đuổi suốt nhiều năm.

Thành tựu mới mang đến manh mối quan trọng giúp các nhà khoa học nghiên cứu lịch sử hình thành sao, quá trình tổng hợp các nguyên tố trong vũ trụ, đồng thời kiểm chứng các mô hình lý thuyết hiện nay. Điều này được ví như lắng nghe "những lời thì thầm yếu ớt" còn lưu giữ từ các vụ nổ siêu tân tinh trong suốt lịch sử vũ trụ.

Tiếp tục xác nhận tín hiệu

Theo nhóm nghiên cứu, dấu hiệu đầu tiên của Nền Neutrino siêu tân tinh là bằng chứng mạnh mẽ cho thấy tín hiệu này thực sự tồn tại trong tự nhiên. Tuy nhiên, để đi đến một phát hiện mang tính khẳng định, các nhà khoa học sẽ tiếp tục tích lũy dữ liệu và cải tiến phương pháp phân tích.

Các quan sát tại Super-Kamiokande cùng sự phối hợp với máy dò Hyper-Kamiokande trong tương lai được kỳ vọng sẽ nâng cao đáng kể độ nhạy của phép đo. Nếu được xác nhận, kết quả sẽ giúp siết chặt các ràng buộc đối với những mô hình về tốc độ hình thành sao, quá trình tổng hợp hạt nhân trong vũ trụ, đồng thời mở rộng hiểu biết về sự hình thành sao neutron, hố đen và quá trình tiến hóa hóa học của vũ trụ.

ẢNH: ICISE

Theo phó giáo sư Hiroyuki Sekiya (Viện Nghiên cứu tia vũ trụ, Đại học Tokyo, Nhật Bản), người phát ngôn của thí nghiệm Super-Kamiokande, việc quan sát được dấu hiệu đầu tiên trên thế giới về Nền Neutrino siêu tân tinh khuếch tán là thành tựu có ý nghĩa sâu sắc và cũng là mục tiêu mà dự án Super-Kamiokande theo đuổi từ những ngày đầu. Tuy nhiên, mức ý nghĩa thống kê hiện mới đạt 2,6 sigma nên nhóm nghiên cứu cần tiếp tục tích lũy dữ liệu và cải tiến phương pháp phân tích trước khi có thể khẳng định đây là một phát hiện chính thức.

"Chúng tôi sẽ tiếp tục các quan sát tại Super-Kamiokande và hướng tới việc xác nhận hoàn toàn tín hiệu này. Chúng tôi hy vọng kết quả sẽ mang đến những hiểu biết sâu sắc hơn về quá trình hình thành sao, tổng hợp hạt nhân trong lịch sử vũ trụ cũng như sự hình thành sao neutron và hố đen", phó giáo sư Hiroyuki Sekiya cho biết.