Sau nhiều năm nỗ lực truy vết và tìm kiếm nguồn gốc, cho đến nay các nhà khoa học vẫn chưa thể lý giải tín hiệu vô tuyến bí ẩn thu được dưới lớp băng tại Nam Cực.
Trong hơn một thập niên qua, các nhà nghiên cứu đã tiến hành nhiều thí nghiệm sử dụng băng và nước ở Nam Cực để tìm kiếm các hạt neutrino, từ đó làm sáng tỏ nguồn gốc của các tia vũ trụ năng lượng cao bên ngoài Trái Đất.
Thế nhưng, trong quá trình đó, các nhà nghiên cứu đã bất ngờ phát hiện ra những tín hiệu vô tuyến bí ẩn dường như không phải do neutrino tạo ra. Điều đáng chú ý là các tín hiệu này xuất phát từ sâu dưới mặt đất, tức là chúng đã phải xuyên qua hàng ngàn km đất đá trước khi được thiết bị ghi nhận, theo đài CNN.
Phát hiện bất ngờ này đã thổi bùng lên một cuộc đua nghiên cứu mới, song hành với hành trình giải mã tia vũ trụ. Đó là cuộc truy tìm lời giải cho những tín hiệu bí ẩn phát ra từ sâu bên dưới lớp băng lạnh giá của Nam Cực.
Khởi đầu cho nghiên cứu mới
Neutrino là một loại hạt hạ nguyên tử, có kích thước nhỏ hơn gấp nhiều lần so với các hạt khác và mang năng lượng cao. Chúng thường được gọi là “hạt ma” bởi vì chúng cực kỳ khó theo dõi, có khả năng “bốc hơi” và có thể đi xuyên qua mọi loại vật chất mà không bị thay đổi. Tuy vậy, chúng lại có thể tương tác với băng và nước bên dưới Nam Cực.
Hạt neutrino đến Trái Đất từ những nơi xa xôi nhất của vũ trụ thông qua các tia vũ trụ - chùm hạt mang năng lượng cực cao, di chuyển xuyên qua vũ trụ với tốc độ gần bằng ánh sáng. Các tia vũ trụ có thể được tạo ra khi một ngôi sao phát nổ, hoặc từ các tương tác giữa hố đen với một ngôi sao khác.
Chính vì thế, việc phát hiện các hạt neutrino trên Trái Đất cho phép các nhà nghiên cứu truy ngược về nguồn gốc các tia vũ trụ, từ đó giúp họ hiểu rõ hơn về bản chất của các tia vũ trụ, điều gì đã tạo ra chúng cũng như đẩy chúng đi khắp vũ trụ.
Thiết bị thu sóng vô tuyến trong thí nghiệm ANITA đang được vận chuyển tại Nam Cực. Ảnh: Stephanie Wissel/ ĐH Bang Pennsylvania
Một số nhà vật lý còn cho rằng việc nghiên cứu các hạt neutrino có thể dẫn đến một kỷ nguyên mới của thiên văn học và giúp chúng ta hiểu bản chất vũ trụ theo những cách mới.
Chính vì thế, Cục Hàng không và Vũ trụ Mỹ (NASA) đã cho ra đời dự án thí nghiệm ANITA. Thí nghiệm này bắt đầu được thực hiện từ năm 2006, bao gồm việc thả các khinh khí cầu mang theo thiết bị thu sóng vô tuyến bay lơ lửng trên bầu trời Nam Cực.
Theo ông Justin Vandenbroucke - Phó GS vật lý tại ĐH Wisconsin-Madison (Mỹ), thiết bị thu sóng sẽ tìm kiếm các “vụ nổ” sóng vô tuyến ngắn phóng lên từ dưới lớp băng. Chùm sóng này được tạo ra bởi hàng loạt hạt có năng lượng thấp hơn sau khi các hạt neutrino tương tác với lớp băng và nước ở Nam Cực.
Việc thu thập các sóng vô tuyến này có thể giúp các nhà khoa học truy ngược nguồn gốc của hạt neutrino và cuối cùng là các tia vũ trụ.
Thế nhưng, trong dữ liệu thu được từ thí nghiệm ANITA, nhóm nghiên cứu ban đầu đã hai lần nhận được những tín hiệu sóng vô tuyến từ dưới lớp băng đi lên, nhưng với góc rất dốc so với đường chân trời - lớn hơn nhiều so với những gì các mô hình khoa học từng dự đoán.
Do góc quá lớn này nên các nhà khoa học không thể xác định được tín hiệu bắt nguồn từ đâu. Chính vì thế, một cuộc đua truy tìm tín hiệu vô tuyến bí ẩn này đã bắt đầu.
Đau đầu giải mã bí ẩn
Ông Vandenbroucke giải thích rằng ở góc dốc như vậy, neutrino sẽ phải đi xuyên qua một lượng lớn vật chất trong lòng Trái Đất. Theo kiến thức vật lý hiện tại, đây là điều không thể xảy ra.
“Những tín hiệu vô tuyến bí ấn mà ANITA phát hiện thật đáng chú ý, vì chúng dường như đến từ một góc rất sâu bên dưới đường chân trời - đồng nghĩa là các neutrino phải đi xuyên qua phần lớn Trái Đất. Điều này là không thể xảy ra theo Mô hình Chuẩn của vật lý hạt” - ông Vandenbroucke nhấn mạnh.
Dựa theo đó, Nhóm Cộng tác Pierre Auger - gồm hàng trăm nhà khoa học trên toàn thế giới - đã vào cuộc phân tích dữ liệu thu thập trong hơn một thập niên qua để cố gắng hiểu các tín hiệu bất thường mà ANITA phát hiện.
Nhóm cộng tác cũng sử dụng Đài thiên văn Pierre Auger ở Argentina với hai phương pháp dò tìm khác với ANITA để cố gắng tìm các tín hiệu tương tự. Tuy vậy, theo công bố trên tạp chí Physical Review Letters vào tháng 3, nhóm nghiên cứu này vẫn chưa tìm ra được các tín hiệu vô tuyến bí ẩn kia.
Khinh khí cầu cùng thiết bị thu sóng trong thí nghiệm ANITA đang chuẩn bị được thả bay tại Nam Cực. Ảnh: Christian Miki/ ĐH HAWAII
Một nhóm nghiên cứu độc lập khác sử dụng thí nghiệm IceCube - các cảm biến được chôn sâu trong lớp băng Nam Cực - cũng chưa thể tìm thấy các tín hiệu vô tuyến bí ẩn mà ANITA ghi nhận.
“Đây là một vấn đề thú vị vì chúng tôi vẫn chưa thực sự có lời giải thích cho những bất thường đó là gì” - bà Stephanie Wissel, Phó GS khoa vật lý, thiên văn và vật lý thiên thể tại ĐH Bang Pennsylvania (Mỹ), nhận xét.
Nhiều giả thuyết đã được đưa ra để cố gắng lý giải những tín hiệu vũ trụ bí ẩn mà ANITA ghi nhận. Tuy nhiên, điều khiến các nhà khoa học đau đầu trong việc giải thích nhất lại chính là độ dốc bất thường của các tín hiệu này so với các tín hiệu khác.
“Thông thường bạn chỉ mong chúng xuất hiện ở góc rất gần đường chân trời - có thể chỉ từ 1 đến 5 độ bên dưới. Nhưng các tín hiệu mà ANITA phát hiện lại đến từ góc nghiêng tới 30 độ dưới đường chân trời. Điều đó có nghĩa là chúng phải xuyên qua một khối lượng vật chất khổng lồ bên trong Trái Đất - nhiều đến mức lẽ ra chúng phải mất gần hết năng lượng và không thể nào được phát hiện” - bà Wissel giải thích.
Cho đến nay, các nhà khoa học tham gia vào cuộc săn đuổi tín hiệu vô tuyến bí ẩn này vẫn hoàn toàn không biết nguồn gốc thực sự của chúng là gì. Tuy vậy, chính điều này đang thúc giục các nhà khoa học không ngừng quay lại để cố gắng giải mã bí ẩn này.
Bà Wissel hiện cũng đang làm việc trên một thiết bị dò tìm mới có tên là PUEO. Thiết bị này dự kiến sẽ được thả bay trên bầu trời Nam Cực bắt đầu từ tháng 12-2025 tới.
Theo bà Wissel, PUEO có kích thước lớn hơn và độ nhạy cao gấp 10 lần so với ANITA, do đó nó được kỳ vọng sẽ có thể giúp các nhà khoa học phá giải được câu hỏi về nguồn gốc của tín hiệu vô tuyến bí ẩn dưới lớp băng của Nam Cực.
