Chớp gamma và siêu tân tinh gần Trái Đất: mối nguy xa xôi đến đâu

Chớp gamma và siêu tân tinh là những vụ nổ mạnh nhất vũ trụ, và nếu xảy ra đủ gần, chúng có thể bào mòn tầng ozone của Trái Đất. Nhưng "đủ gần" nghĩa là rất gần: siêu tân tinh phải nằm trong vòng vài chục năm ánh sáng, còn chớp gamma phải chĩa thẳng vào Trái Đất từ trong dải Ngân Hà. Không ngôi sao nào đã biết hiện thoả các điều kiện ấy. Đây là mối nguy có thật về mặt vật lý, nhưng tính bằng hàng trăm triệu năm, không phải đời người.

Siêu tân tinh là gì

Siêu tân tinh là cái chết bùng nổ của một ngôi sao. Có hai kiểu chính: sao khối lượng lớn (từ khoảng 8 lần Mặt Trời trở lên) cạn nhiên liệu, lõi sụp đổ rồi bật ra; hoặc một sao lùn trắng hút vật chất từ sao bạn tới ngưỡng rồi nổ tung. Trong vài tuần, một siêu tân tinh có thể sáng hơn cả thiên hà chứa nó.

Con người đã thấy chúng bằng mắt thường. Năm 1054, các nhà thiên văn Trung Hoa ghi lại một "khách tinh" sáng tới mức thấy cả ban ngày trong nhiều tuần; tàn tích của nó là Tinh vân Con Cua. Năm 1572, Tycho Brahe quan sát một siêu tân tinh ở chòm Thiên Hậu; năm 1604, Johannes Kepler quan sát một vụ khác ở chòm Xà Phu. Không có vụ nào gây hại gì cho Trái Đất, vì chúng cách hàng nghìn năm ánh sáng.

Bao gần mới nguy hiểm

Theo các nghiên cứu được trích nhiều (như của Neil Gehrels và cộng sự năm 2003), một siêu tân tinh phải nằm trong vòng khoảng 25–30 năm ánh sáng mới làm suy giảm tầng ozone đủ mạnh để gây hại lớn cho sinh quyển. Một số nghiên cứu sau này cho rằng khoảng cách nguy hiểm có thể xa hơn chút với một số loại siêu tân tinh, nhưng vẫn ở mức vài chục năm ánh sáng. Trong vùng đó hiện không có ngôi sao nào đủ lớn để nổ thành siêu tân tinh.

Betelgeuse có nguy hiểm không

Betelgeuse, ngôi sao đỏ ở vai chòm Lạp Hộ (Orion), là ứng viên nổi tiếng nhất cho siêu tân tinh "gần" tiếp theo. Cuối năm 2019 đầu 2020 nó mờ đi bất thường, làm dấy lên tin đồn sắp nổ. Các quan sát sau đó cho thấy hiện tượng chủ yếu do một đám bụi do chính ngôi sao phun ra che bớt ánh sáng.

Betelgeuse cách khoảng 550–700 năm ánh sáng (ước tính khác nhau tuỳ phương pháp). Khi nó nổ — có thể trong vòng 100.000 năm tới, không ai biết chính xác — nó sẽ sáng ngang nửa Mặt Trăng trong vài tháng, thấy được cả ban ngày. Một cảnh tượng hiếm có, nhưng an toàn: khoảng cách đó gấp hơn chục lần ngưỡng nguy hiểm.

Chớp gamma: vụ nổ có hướng

Chớp gamma (GRB) được phát hiện tình cờ cuối thập niên 1960 bởi các vệ tinh Vela của Mỹ, và được công bố cho giới khoa học năm 1973. Trong nhiều thập kỷ, không ai biết chúng đến từ đâu. Nay ta biết có hai loại chính:

• Chớp dài (trên khoảng 2 giây): khi một sao rất lớn, quay nhanh sụp đổ thành lỗ đen.
• Chớp ngắn (dưới khoảng 2 giây): khi hai sao neutron sáp nhập. Ngày 17/8/2017, một chớp gamma ngắn được ghi nhận gần như cùng lúc với sóng hấp dẫn GW170817, xác nhận nguồn gốc này.

Điểm khác biệt quan trọng: năng lượng chớp gamma tập trung thành hai luồng hẹp, như đèn pha. Chỉ khi Trái Đất nằm đúng trong luồng thì mới chịu tác động. Nhờ hướng hẹp, chúng có thể nguy hiểm ở khoảng cách xa hơn nhiều so với siêu tân tinh — hàng nghìn năm ánh sáng — nhưng xác suất bị chĩa trúng lại rất nhỏ.

Chớp gamma sáng nhất từng đo

Ngày 9/10/2022, các vệ tinh ghi nhận GRB 221009A, được giới thiên văn đặt biệt danh "BOAT" (sáng nhất mọi thời đại). Nó ở cách khoảng 2,4 tỷ năm ánh sáng, vậy mà vẫn đủ mạnh để làm xáo trộn tầng điện ly Trái Đất trong thời gian ngắn, được ghi nhận bởi các trạm đo. Không gây hại gì cho sự sống — nhưng là minh chứng cho sức mạnh của loại hiện tượng này.

Tác động nếu xảy ra gần

Điều nguy hiểm không phải là ánh sáng thiêu đốt. Bức xạ năng lượng cao bị khí quyển hấp thụ, phá vỡ phân tử nitơ và oxy, tạo ra oxit nitơ phá huỷ ozone. Tầng ozone mỏng đi trong nhiều năm, tia cực tím từ chính Mặt Trời xuyên xuống mạnh hơn, gây hại cho sinh vật phù du — nền của chuỗi thức ăn biển — và cho cây trồng. Oxit nitơ cũng có thể tạo màn sương nâu làm mát khí hậu nhẹ.

Dấu vết trong quá khứ Trái Đất

• Sắt-60 dưới đáy biển: đồng vị phóng xạ này không hình thành tự nhiên trên Trái Đất. Các lớp vỏ khoáng đáy đại dương và trầm tích cho thấy sắt-60 rơi xuống khoảng 2–3 triệu năm trước, và một đợt khác cách đây khoảng 6–9 triệu năm — dấu vết của các siêu tân tinh cách vài trăm năm ánh sáng. Có giả thuyết liên hệ chúng với biến đổi sinh thái thời đó, nhưng chưa có kết luận chắc.
• Đại tuyệt chủng Ordovic (khoảng 445 triệu năm trước): năm 2004, Adrian Melott và cộng sự đưa ra giả thuyết một chớp gamma có thể góp phần. Đây là giả thuyết thú vị nhưng chưa được chứng minh; nguyên nhân chính được nhiều người chấp nhận là băng hà và thay đổi đại dương.
• Ước tính xác suất: Tsvi Piran và Raul Jimenez (2014) tính rằng có khoảng 50% khả năng Trái Đất đã chịu một chớp gamma gây hại trong 500 triệu năm qua. Con số dựa trên nhiều giả định, nhưng cho thấy thang thời gian: hàng trăm triệu năm.

Góc nhìn hôm nay

Đây là loại hiểm hoạ hoàn toàn nằm ngoài khả năng chuẩn bị của con người, và cũng không cần chuẩn bị: thang thời gian quá dài, xác suất quá nhỏ. Giá trị thật của chủ đề này là hiểu biết. Nó giải thích vì sao vị trí của Hệ Mặt Trời — ở vùng khá yên tĩnh của Ngân Hà, xa lõi đông sao — có thể là một trong những lý do sự sống phức tạp tồn tại được lâu đến vậy.

Nếu muốn ngắm: chòm Lạp Hộ với Betelgeuse đỏ rực dễ thấy ở Việt Nam vào các tối mùa đông và đầu xuân. Ứng dụng bản đồ sao miễn phí giúp tìm nhanh. Tinh vân Con Cua (tàn tích năm 1054) cần kính thiên văn nhỏ. Các câu lạc bộ thiên văn ở Hà Nội và Thành phố Hồ Chí Minh thường tổ chức buổi ngắm chung.