Một mô hình máy tính mới cho phép các nhà khoa học tách dấu vết bụi siêu tân tinh khỏi lớp đất Mặt Trăng mà chúng bị trộn lẫn. Kết quả mở ra khả năng sử dụng bề mặt Mặt Trăng như một “viên nang thời gian”, lưu giữ thông tin về những vụ nổ siêu tân tinh từng xảy ra gần Trái Đất trong quá trình Hệ Mặt Trời di chuyển quanh Ngân Hà.
Khi một ngôi sao phát nổ thành siêu tân tinh, nó giải phóng một lượng lớn vật chất vào không gian, trong đó có các đồng vị phóng xạ chuyển động với tốc độ cao. Một phần số vật chất này đi vào Hệ Mặt Trời và rơi xuống các hành tinh, Mặt Trăng và cả Trái Đất.
Các nghiên cứu đồng vị phóng xạ trong trầm tích biển sâu trên Trái Đất, kết hợp với những đồng vị được tìm thấy trong các mẫu đất Mặt Trăng do các sứ mệnh Apollo mang về, cho thấy từng có hai giai đoạn hoạt động siêu tân tinh tăng mạnh, cách đây khoảng 2,3 triệu và 7,3 triệu năm.
“Thật tuyệt vời khi tàn tích của những ngôi sao trong quá khứ có thể giúp chúng ta lần theo lịch sử lâu dài của khu vực Trái Đất – Mặt Trăng, nếu biết cách đọc những dấu vết bụi sao,” Emily Costello, nhà khoa học hành tinh tại Đại học Hawaii ở Mānoa, cho biết.
Tuy nhiên, hồ sơ về các vụ nổ siêu tân tinh trên Trái Đất phần lớn đã bị xóa nhòa theo thời gian do xói mòn và quá trình kiến tạo mảng. Những dữ liệu đáng tin cậy về hoạt động siêu tân tinh trong vùng lân cận vũ trụ của Trái Đất hiện chỉ có thể truy ngược khoảng 10 triệu năm.
Mặt Trăng lại mang tới những cơ hội khác. Do không có khí quyển nên Mặt Trăng không chịu tác động của gió và mưa, đồng thời không có kiến tạo mảng. Vì vậy, bề mặt Mặt Trăng có thể lưu giữ dấu vết hoạt động siêu tân tinh trong 80-100 triệu năm, thậm chí lâu hơn.
Dù vậy, bề mặt Mặt Trăng vẫn không hoàn toàn nguyên vẹn. Các nhà khoa học gọi quá trình này là “xáo trộn do va chạm”, xảy ra khi các thiên thể từ những vi thiên thạch cực nhỏ đến các tiểu hành tinh liên tục đâm vào bề mặt, khiến lớp đất Mặt Trăng bị đào lên và trộn lẫn.
Điều này cũng làm các mảnh vật chất phóng xạ từ siêu tân tinh bị xáo trộn theo, khiến việc xác định chúng ban đầu nằm ở độ sâu nào trở nên khó khăn.
Để giải quyết vấn đề, nhóm của Costello xây dựng một mô hình toán học mô phỏng cách lớp đất Mặt Trăng bị đào xới và trộn lẫn theo thời gian. Mô hình đồng thời tính đến quá trình nén đất do va chạm, đào vật chất lên, phân rã phóng xạ và tác động của môi trường không gian.
“Mô hình của chúng tôi xem quá trình xáo trộn đất Mặt Trăng như sự cạnh tranh giữa các lực chôn vùi đất xuống và các vụ va chạm đào đất lên. Mô hình cũng tính đến sự phân rã phóng xạ của tàn tích sao, đồng thời xác định thời điểm và vị trí bụi sao mới được đưa tới bởi các vụ nổ siêu tân tinh,” Costello nói.
Nhóm nghiên cứu kiểm chứng mô hình bằng cách so sánh dự đoán với dữ liệu đồng vị phóng xạ từ trầm tích biển sâu trên Trái Đất và các mẫu đất Mặt Trăng do Apollo mang về.
Mô hình tái hiện chính xác sự phân bố theo độ sâu của sắt-60 trong các mẫu đất từ Apollo, cũng như một số nguyên tố nặng khác như plutoni-244, iốt-129, hafni-182 và curi-247. Những vật chất này đã bị chôn vùi ở các độ sâu khác nhau theo thời gian.
Tuy nhiên, các nhà khoa học cho rằng những mẫu vật mới từ Mặt Trăng mới có thể giúp kiểm chứng đầy đủ tiềm năng của phương pháp này.
Trong những năm tới, các phi hành gia thuộc chương trình Artemis dự kiến sẽ mang về các mẫu vật được lấy từ sâu hơn dưới bề mặt Mặt Trăng. Khi kết hợp những mẫu này với mô hình xáo trộn đất Mặt Trăng, các nhà khoa học có thể tìm thấy những dấu vết mới về lịch sử các vụ nổ siêu tân tinh.
“Hiểu được quá trình đất Mặt Trăng bị trộn lẫn sẽ giúp chúng ta đọc chính xác các lớp vật chất đã bị xáo trộn khi các phi hành gia tương lai mang những mẫu lõi sâu hơn trở về. Từ đó, chúng ta có thể tái dựng lịch sử hành trình của Hệ Mặt Trời qua Ngân Hà,” Costello nói.
Nghiên cứu được công bố ngày 14/8 trên tạp chí Physical Review Letters.
Phi hành gia NASA Harrison H. “Jack” Schmitt nghiên cứu địa chất trên Mặt Trăng trong sứ mệnh Apollo 17 tháng 12/1972 (trái); tàn tích siêu tân tinh Tinh vân Con Cua (phải). Ảnh: NASA/ESA
Mẫu lõi đất Mặt Trăng 73001 của Apollo 17 được lấy ra khỏi ống chứa lần đầu tiên kể từ khi các phi hành gia Apollo thu thập mẫu này vào tháng 12/1972 tại Trung tâm Vũ trụ Johnson của NASA ở Houston. Ảnh: NASA
