Khám phá vật chất lâu đời nhất trên Trái Đất: "già" hơn cả Hệ Mặt Trời, tới từ một ngôi sao xa xôi khác trên một viên thiên thạch

Khoa học đã xác nhận thành công đâu là vật chất cứng nhiều tuổi nhất Trái Đất, thế nhưng bất ngờ chưa dừng lại ở đó: nó còn “già đầu” hơn cả Hệ Mặt Trời của chúng ta cơ, lớn tuổi hơn khoảng vài trăm triệu năm. Nghiên cứu mới chỉ rằng chút bụi vũ trụ kích cỡ hiển vi này hình thành tại một ngôi sao xa xăm nào đó vào khoảng 5 tới 7 tỷ năm trước; Mặt Trời của chúng ta mới “chỉ” 4,6 tỷ năm tuổi mà thôi.

Rồi một viên thiên thạch nào đó đã đưa số bụi này tới Trái Đất, để ta có khám phá mới và bài viết ngày hôm nay.

“Đây là một trong những nghiên cứu thú vị nhất tôi từng tham gia”, nhà hóa học Vũ trụ Philipp Heck đang công tác tại Bảo tàng Lịch sử Tự nhiên và Đại học Chicago cho hay. “Đây là thứ vật chất rắn cổ xưa nhất từng được phát hiện, và chúng nói cho chúng tôi rất nhiều điều về cách thức hình thành của các ngôi sao trong thiên hà chúng ta đang sống”.

Dù đã có tiền lệ của thiên thạch chứa một chút vật chất cổ hơn Hệ Mặt Trời, chúng vẫn rất hiếm và rất khó xác định được sự tồn tại của chúng, bởi lẽ những hạt vật chất này rất nhỏ, nằm lẩn sâu bên trong viên đá “trên trời rơi xuống”. Thiên thạch Murchison là một ví dụ như thế: nó nặng tới hơn 100 kg, văng ra từ một vụ nổ thiên thạch trên bầu trời vùng Murchison, Úc vào tháng Chín năm 1969. 

Viên thiên thạch Murchison đang nằm trong viện bảo tàng.

Bảo tàng Lịch sử Tự nhiên đã lấy về 52 kg thiên thạch và bỏ nhiều công sức vào nghiên cứu chúng. Họ phát hiện ra một một lượng lớn khoáng chất silicon carbide - được xác nhận là tới từ ngôi sao khác. Thời gian nó đi từ ngôi sao khác tới đây dài hơn cả độ tuổi của Hệ Mặt Trời, vì thế mà các nhà khoa học biết được rằng thứ vật chất này rất già, có điều họ chưa đo đạc được độ tuổi chính xác của nó.

Từ hồi thập niên 90, các nhà nghiên cứu đã trích xuất được bột silicon carbide từ thiên thạch, bằng cách nghiền nát viên đá ra và khử các silicat không mong muốn bằng acid. Thuở ấy, công cụ phân tích bột silicon carbide không hiện đại như bây giờ, đợi mãi thì khoa học mới đủ tiến bộ để trả lời được những câu hỏi mà các nhà nghiên cứu đau đáu bấy lâu.

Họ sử dụng kính hiển vi electron để quét, đo phổ khối ion thứ cấp và phổ khí hiếm, tìm kiếm hiệu ứng của bức xạ vũ trụ, thứ vốn có thể xuyên thấu những vật chất rắn (như viên thiên thạch chẳng hạn) và tác động được tới silicon carbide.

“Tia Vũ trụ có thể tương tác với vật chất để rồi tạo nên nguyên tố mới. Và chúng càng phơi nhiễm bức xạ càng lâu, càng nhiều nguyên tố được hình thành”, ông Heck giải thích. “Tôi hay lấy ví dụ về đặt một cái xô ngoài mưa bão chẳng hạn. Giả dụ mưa liên tục, thì lượng nước có được trong xô sẽ phản ánh lượng thời gian xô nằm ngoài trời”.

Bằng cách phát hiện sự tồn tại của hai đồng vị heli-3 và neon-21 trong bột silicon carbide, các nhà khoa học xác định được tuổi thọ của chúng. Một vài mẫu chạm mốc 5,5 tỷ năm tuổi, nhưng đa số các mẫu vật silicon carbide chỉ có độ tuổi khoảng từ 4,6 cho tới 4,9 tỷ năm.

Chính số bột silicon carbide “trẻ tuổi hơn” mới khiến các nhà khoa học thích thú: chúng nói cho ta biết câu chuyện lịch sử về Dải Ngân hà.

“Giả thuyết của chúng tôi là phần lớn chỗ bột này, với niên đại 4,6 tới 4,9 tỷ năm tuổi, đã xuất hiện trong giai đoạn một ngôi sao hình thành. Ở thời điểm trước khi Hệ Mặt Trời sinh ra, số lượng sao sinh ra nhiều hơn bình thường”, giáo sư Heck giải thích.

Chuỗi sự kiện hình thành sao này đã diễn ra vào khoảng 7 tỷ năm trước. Rồi khi ngôi sao già dần đi, những vật chất silicon carbide này sẽ chảy ra thành từng dòng và trôi vào Vũ trụ; theo thời gian, chúng sẽ kết lại với nhiều vật chất khác để trở thành viên thiên thạch, như những gì đã xảy ra với viên thiên thạch Murchison. 

Theo lời giáo sư Heck, việc phát hiện ra số vật chất cổ đại này được gói gọn trong viên thiên thạch cho thấy quá trình hình thành sao trong Vũ trụ nhiều biến động lắm.

“Nhiều người cho rằng tỷ lệ sao hình thành trong thiên hà là một hằng số. Nhưng nhờ có sự tồn tại của số vật chất này, chúng tôi có bằng chứng trực tiếp rằng khoảng 7 tỷ năm trước, có thời gian sao hình thành với tốc độ nhanh hơn bình thường nhiều. Đây là khám phá mấu chốt trong nghiên cứu của chúng tôi”, ông Heck nói.

Ắt cái cảm giác cầm trên tay nắm bột có tuổi đời còn già hơn cả Hệ Mặt Trời của chúng ta nó kỳ diệu lắm.

Tham khảo Science Alert