Siêu tân tinh là một trong những sự kiện thảm khốc nhất của Vũ trụ. Khi các ngôi sao nặng hết nhiên liệu hạt nhân trong lõi, chúng không còn có thể tự đứng vững trước lực hấp dẫn to lớn của chính chúng và do đó đột ngột sụp đổ.
Điều này tạo ra sóng xung kích khổng lồ xuyên qua ngôi sao và các lớp bên ngoài bùng nổ dữ dội ra bên ngoài.
Lớp vỏ vật chất đang mở rộng quét qua không gian giữa các vì sao và có thể kích hoạt sự hình thành các ngôi sao mới.
Nhưng một số hạt này kết thúc với một lượng năng lượng khổng lồ và được bắn xuyên qua thiên hà dưới dạng các tia vũ trụ.
Trái đất đang liên tục bị bắn phá bởi dòng nền của các tia vũ trụ thiên hà như vậy và chúng là một trong những mối nguy hiểm lớn đối với các phi hành gia khi mạo hiểm vượt ra ngoài tác dụng che chắn của bầu khí quyển và từ trường của hành tinh.
Nhưng nếu một siêu tân tinh phát nổ đặc biệt gần Trái đất, vụ nổ bức xạ vũ trụ ở một điểm trống có thể gây ra hậu quả nghiêm trọng trên quy mô toàn cầu.
Các mô phỏng trên máy tính đã chỉ ra rằng xung của các hạt năng lượng cao sẽ tạo ra nhiều chất hóa học trong khí quyển, tạo ra các hợp chất như nitơ điôxit gây ra mưa axit và tấn công hóa học tầng ôzôn (và do đó dẫn đến mức bức xạ cực tím lớn hơn từ Mặt trời đến Trái đất bề mặt).
Một số hạt năng lượng được tạo ra trong các tương tác này – chẳng hạn như muon – cũng xuất hiện trên bề mặt và do đó có thể gây nguy hiểm bức xạ trực tiếp cho sự sống.
Nhưng có một chi tiết quan trọng bị thiếu trong các nghiên cứu trước đây về tác động trên mặt đất của các tia vũ trụ từ các siêu tân tinh gần đó.
Do chúng tích điện nên các hạt tia vũ trụ bị từ trường làm lệch hướng; một hiệu ứng rõ rệt hơn đối với các hạt bức xạ năng lượng thấp hơn.
Điều này có nghĩa là khi xung của các hạt phát ra từ siêu tân tinh di chuyển đến Trái đất, các hạt năng lượng thấp hơn bị phân tán nhiều hơn bởi từ trường xuyên qua không gian giữa các vì sao và bị triệt tiêu một cách hiệu quả.
Brian Thomas và Alexander Yelland, lần lượt tại Đại học Washburn ở Kansas và MIT, đã chạy các mô phỏng trên máy tính bao gồm hiệu ứng lọc này.
Họ nhận thấy, đúng như họ mong đợi, nó làm giảm tác động của sự gia tăng tia vũ trụ lên Trái đất.
Hiệu ứng lọc có ý nghĩa hơn nhiều đối với các siêu tân tinh ở xa hơn.
Chẳng hạn, cách Trái đất 320 năm ánh sáng, một siêu tân tinh có lẽ sẽ không có bất kỳ hiệu ứng trên mặt đất đáng chú ý nào.
Nhưng đối với một siêu tân tinh cách xa khoảng 160 năm ánh sáng, dòng tia vũ trụ tăng cường chiếu vào Trái đất vẫn cao hơn 10 lần so với mức nền và kéo dài hàng thế kỷ.
Đối với một siêu tân tinh đặc biệt gần, ở 65 năm ánh sáng, Thomas và Yelland tính toán rằng lũ tia vũ trụ sẽ tăng cao hơn khoảng 200 lần so với bình thường.
Điều này sẽ gây ra những hậu quả nghiêm trọng cho hành tinh, với ít nhất 30% tầng ozone bị phá hủy trên khắp hành tinh và tới 87% ở các vùng cực.
Thomas và Yelland kết luận rằng trong khi các nghiên cứu trước đây đã đánh giá quá cao đáng kể liều bức xạ do một siêu tân tinh cách xa 160 năm ánh sáng gây ra, thì các siêu tân tinh ở gần vẫn sẽ gây ra những hậu quả tàn khốc.
Kết quả của họ ủng hộ suy đoán rằng có lẽ các siêu tân tinh gần đó chịu trách nhiệm cho ít nhất một trong những vụ tuyệt chủng hàng loạt của đời sống động vật phức tạp trên Trái đất trong 500 triệu năm qua.
May mắn thay, chỉ có hai ngôi sao lân cận có thể trở thành siêu tân tinh trong vòng một triệu năm tới, đó là Antares và Betelgeuse, cả hai đều cách xa hơn 500 năm ánh sáng.
Lewis Dartnell đang đọc Hiệu ứng Trái đất của Siêu tân tinh Gần đó: Mô hình Cập nhật của Brian C Thomas và Alexander M Yelland. Đọc trực tuyến tại: arxiv.org/abs/2301.05757.
Bài viết này ban đầu xuất hiện trong số tháng 4 năm 2023 của Tạp chí BBC Sky at Night .