Bụi sao bị mắc kẹt trong băng Nam Cực tiết lộ hàng chục nghìn năm quá khứ của Hệ Mặt Trời
Stardust trapped in Antarctic ice reveals tens of thousands of years of Solar System’s past
We can study the cosmos by tracing debris from exploding stars right here on Earth.
Chúng ta có thể nghiên cứu vũ trụ bằng cách theo dõi các mảnh vỡ từ các ngôi sao phát nổ ngay tại Trái Đất.
When you think of outer space, you’re likely picturing stars, planets and moons. But much of space is filled with clouds of gas, plasma and stardust – known as interstellar clouds.
Khi bạn nghĩ về không gian bên ngoài, bạn có lẽ đang hình dung về các ngôi sao, hành tinh và mặt trăng. Nhưng phần lớn không gian được lấp đầy bởi các đám mây khí, plasma và bụi sao – được gọi là các đám mây liên sao.
In the local parts of our galaxy alone there’s a complex of roughly 15 individual interstellar clouds. The Solar System is currently traversing one of them, aptly named the Local Interstellar Cloud. The origin and history of these clouds are believed to be tightly connected to the birth and death of stars. But we can see their imprints right here on Earth, in a place you might not expect – Antarctic ice.
Chỉ riêng trong các phần của thiên hà chúng ta có một tập hợp gồm khoảng 15 đám mây liên sao riêng lẻ. Hệ Mặt Trời hiện đang đi qua một trong số đó, được đặt tên là Đám mây Liên sao Địa phương (Local Interstellar Cloud) . Nguồn gốc và lịch sử của những đám mây này được cho là có mối liên hệ chặt chẽ với sự sinh và tử của các ngôi sao. Nhưng chúng ta có thể thấy dấu vết của chúng ngay tại Trái Đất, ở một nơi bạn có thể không ngờ tới – băng Nam Cực.
My colleagues and I have been studying stardust trapped in old Antarctic snow and ice to trace the history of our solar neighbourhood, including the Solar System itself.
Tôi và các đồng nghiệp đã nghiên cứu bụi sao bị mắc kẹt trong tuyết và băng Nam Cực cũ để truy tìm lịch sử của vùng lân cận hệ mặt trời của chúng ta, bao gồm cả chính Hệ Mặt Trời.
In a new study published in Physical Review Letters, we found a subtle clue that reveals our Solar System’s movement through the local interstellar environment over the past 80,000 years.
Trong một nghiên cứu mới được công bố trên Physical Review Letters, chúng tôi đã tìm thấy một manh mối tinh tế tiết lộ sự chuyển động của Hệ Mặt Trời chúng ta qua môi trường liên sao địa phương trong 80.000 năm qua.
Looking down to see the sky
Nhìn xuống để xem bầu trời
Astronomy usually looks outward. Telescopes collect light from distant stars and galaxies, allowing us to observe events across vast stretches of space and time. From these observations, we infer how stars live and die, how elements are formed, and how the universe evolves.
Thiên văn học thường nhìn ra bên ngoài. Kính viễn vọng thu thập ánh sáng từ các ngôi sao và thiên hà ở xa, cho phép chúng ta quan sát các sự kiện trải dài qua không gian và thời gian mênh mông. Từ những quan sát này, chúng ta suy luận về cách các ngôi sao sống và chết, các nguyên tố được hình thành như thế nào, và vũ trụ tiến hóa ra sao.
Our approach turns that idea on its head.
Cách tiếp cận của chúng ta đảo ngược ý tưởng đó.
Instead of observing the light coming to us, we study the debris of exploding stars right here on Earth. As cosmic furnaces, stars forge many elements in their cores, from carbon and oxygen to calcium and iron. This includes rare isotopes (variants of chemical elements) such as iron-60.
Thay vì quan sát ánh sáng đến với chúng ta, chúng ta nghiên cứu mảnh vỡ của các ngôi sao phát nổ ngay tại Trái Đất. Là những lò luyện vũ trụ, các ngôi sao tạo ra nhiều nguyên tố trong lõi của chúng, từ carbon và oxy đến canxi và sắt. Điều này bao gồm các đồng vị hiếm (các biến thể của nguyên tố hóa học) như sắt-60.
When massive stars explode into supernovae at the end of their life, these elements are ejected into space and become interstellar dust.
Khi các ngôi sao khổng lồ phát nổ thành siêu tân tinh vào cuối vòng đời của chúng, các nguyên tố này được phóng ra không gian và trở thành bụi liên sao.
Tiny grains of this dust then drift through the galaxy and occasionally find their way to Earth’s surface. Radioactive iron-60, a fingerprint of stellar explosions, is embedded within these grains. By searching for these atoms in geological archives on Earth, we can probe astrophysical events like supernovae long after their light has faded.
Những hạt bụi nhỏ bé này sau đó trôi qua thiên hà và thỉnh thoảng tìm được đường đến bề mặt Trái Đất. Sắt-60 phóng xạ, dấu ấn của các vụ nổ sao, được nhúng trong những hạt này. Bằng cách tìm kiếm các nguyên tử này trong các kho lưu trữ địa chất trên Trái Đất, chúng ta có thể thăm dò các sự kiện vật lý thiên văn như siêu tân tinh rất lâu sau khi ánh sáng của chúng đã mờ đi.
This is why Antarctica is so valuable. Its snow accumulates slowly and remains largely undisturbed, forming a layered record that stretches back tens of thousands of years. Each layer captures a snapshot of the material that was present in our cosmic neighbourhood at the time.
Đây là lý do tại sao Nam Cực lại có giá trị đến vậy. Tuyết ở đó tích tụ chậm và phần lớn vẫn không bị xáo trộn, tạo thành một hồ sơ theo lớp trải dài hàng chục nghìn năm. Mỗi lớp ghi lại một bức ảnh chụp về vật chất hiện diện trong khu vực vũ trụ của chúng ta vào thời điểm đó.
Finding stardust in Antarctic ice
Tìm kiếm bụi sao trong băng Nam Cực
When we studied 500kg of recent snow in Antarctica, we unexpectedly found this rare radioactive isotope. Where did it come from? There was no recent near-Earth supernova.
Khi chúng tôi nghiên cứu 500kg tuyết gần đây ở Nam Cực, chúng tôi đã bất ngờ tìm thấy đồng vị phóng xạ hiếm này. Nó đến từ đâu? Không có siêu tân tinh gần Trái Đất nào gần đây.
But our solar neighbourhood is filled with 15 clouds, with the Solar System currently traversing at least one of them. Is the stardust waiting in the clouds to be picked up by Earth? If yes, then the amount of stardust Earth collects should be related to their structure: the denser the clouds, the more iron-60 they contain. This was our educated guess in 2019.
Nhưng vùng lân cận mặt trời của chúng ta được lấp đầy bởi 15 đám mây, với Hệ Mặt Trời hiện đang đi qua ít nhất một trong số đó. Liệu bụi sao có đang chờ đợi trong các đám mây để được Trái Đất thu thập không? Nếu có, thì lượng bụi sao mà Trái Đất thu thập phải liên quan đến cấu trúc của chúng: đám mây càng đặc thì chúng chứa càng nhiều sắt-60. Đây là phỏng đoán có cơ sở của chúng tôi vào năm 2019.
Soon, other explanations were brought forward. Millions of years ago Earth received large showers of iron-60 from massive supernovae. Is the iron-60 in Antarctic snow the last remnant or an echo of this signal? A rain that became a drizzle?
Chẳng bao lâu, những lời giải thích khác được đưa ra. Hàng triệu năm trước, Trái Đất đã nhận được những trận mưa lớn sắt-60 từ các siêu tân tinh khổng lồ. Liệu sắt-60 trong tuyết Nam Cực có phải là tàn dư cuối cùng hay tiếng vang của tín hiệu này? Một cơn mưa trở thành mưa phùn?
To find out, we analysed a 300kg section of Antarctic ice, dating from 40,000 to 80,000 years ago. The process is painstaking. The ice needs to be melted and chemically treated to isolate tiny amounts of iron, including the iron-60 from the stardust.
Để tìm ra điều đó, chúng tôi đã phân tích một mẫu băng Nam Cực nặng 300kg, có niên đại từ 40.000 đến 80.000 năm trước. Quá trình này rất tỉ mỉ. Băng cần được làm tan chảy và xử lý hóa học để tách ra một lượng nhỏ sắt, bao gồm cả sắt-60 từ bụi sao.
Then, using the sensitive atom counting technique of accelerator mass spectrometry at the Heavy-Ion Accelerator Facility at Australian National University, we counted individual atoms of iron-60.
Sau đó, sử dụng kỹ thuật đếm nguyên tử nhạy của khối phổ gia tốc (accelerator mass spectrometry) tại Cơ sở Gia tốc Hạt nặng (Heavy-Ion Accelerator Facility) thuộc Đại học Quốc gia Úc, chúng tôi đã đếm các nguyên tử sắt-60 riêng lẻ.
The expectation was straightforward: based on previous measurements from surface snow of Antarctica and several thousand-year-old ocean sediments, we anticipated a certain steady level of iron-60 deposition.
Kỳ vọng là khá đơn giản: dựa trên các phép đo trước đây từ tuyết bề mặt Nam Cực và các trầm tích đại dương hàng nghìn năm tuổi, chúng tôi dự đoán một mức lắng đọng sắt-60 ổn định nhất định.
Instead, we found less. Not zero, but noticeably lower than expected.
Thay vào đó, chúng tôi tìm thấy ít hơn. Không phải bằng không, nhưng thấp hơn đáng kể so với dự kiến.
This result suggests that less interstellar dust was reaching Earth during that period. This is a remarkable change on a comparatively short astrophysical timescale and does not fit the long timescales of the iron-60 deposits that landed here millions of years ago. Instead, we needed to look for a smaller, more local source for the isotope.
Kết quả này cho thấy ít bụi liên sao hơn đã đến Trái Đất trong giai đoạn đó. Đây là một sự thay đổi đáng chú ý trong một khung thời gian vật lý thiên văn tương đối ngắn và không phù hợp với các khung thời gian dài của các trầm tích sắt-60 đã rơi xuống đây hàng triệu năm trước. Thay vào đó, chúng tôi cần tìm kiếm một nguồn nhỏ hơn, gần hơn cho đồng vị này.
A fitting story
Một câu chuyện phù hợp
Naturally, astronomers are also quite interested in the clouds around the Solar System. Last year, a study reconstructing the history of the clouds arrived at the conclusion that they most likely originated in a stellar explosion. Furthermore, they found the Solar System has been traversing the Local Interstellar Cloud from sometime between 40,000 and 124,000 years ago.
Đương nhiên, các nhà thiên văn học cũng rất quan tâm đến những đám mây xung quanh Hệ Mặt Trời. Năm ngoái, một nghiên cứu tái tạo lịch sử của những đám mây đã đi đến kết luận rằng chúng có khả năng bắt nguồn từ một vụ nổ sao. Hơn nữa, họ phát hiện ra rằng Hệ Mặt Trời đã di chuyển qua Đám mây Liên sao Địa phương từ khoảng 40.000 đến 124.000 năm trước.
If that’s correct, we would expect that the amount of iron-60 collected on Earth should have changed sometime in the same time period – between 40,000 and 124,000 years ago.
Nếu điều đó là đúng, chúng ta sẽ mong đợi lượng sắt-60 được thu thập trên Trái Đất sẽ thay đổi trong cùng khoảng thời gian đó – từ 40.000 đến 124.000 năm trước.
This is exactly what our results showed in Antarctica.
Đây chính xác là những gì kết quả của chúng tôi đã chỉ ra ở Nam Cực.
The story doesn’t fit perfectly, though. If these clouds did originate directly from an exploding star, we would expect way more iron-60 than we actually see in Antarctic ice.
Tuy nhiên, câu chuyện này không hoàn toàn phù hợp. Nếu những đám mây này bắt nguồn trực tiếp từ một ngôi sao phát nổ, chúng ta sẽ mong đợi nhiều sắt-60 hơn nhiều so với những gì chúng ta thực sự thấy trong băng Nam Cực.
Nevertheless, these clouds are imprinted in Earth’s geological record. If we look deeper and analyse even older ice, we might soon unravel the mystery of these local interstellar clouds, revealing their full history and uncertain origins.
Mặc dù vậy, những đám mây này đã được khắc ghi trong hồ sơ địa chất của Trái Đất. Nếu chúng ta tìm hiểu sâu hơn và phân tích cả những lớp băng cũ hơn, chúng ta có thể sớm làm sáng tỏ bí ẩn về những đám mây liên sao địa phương này, tiết lộ lịch sử đầy đủ và nguồn gốc không chắc chắn của chúng.
Dominik Koll receives funding from the Australian Institute of Nuclear Science and Engineering (AINSE) .
Dominik Koll nhận được tài trợ từ Viện Khoa học và Kỹ thuật Hạt nhân Úc (AINSE) .
Read more
-
Tại sao Israel vẫn tiếp tục tấn công Lebanon, bất chấp lệnh ngừng bắn? Hỏi đáp cùng chuyên gia
Why is Israel continuing to attack Lebanon, despite the ceasefire? Expert Q&A
-
Lịch sử Israel đã định hình cách nước này tiến hành chiến tranh như thế nào
How Israel’s history has shaped the way it wages war