Các tia gamma loé lên ngắn ngủi trong bầu khí quyển của Trái đất tại những cơn bão chớp đang xảy ra thường xuyên hơn và mạnh hơn nhiều so với trước đây mọi người từng nghĩ, một nghiên cứu mới phát hiện ra điều này. Các tia photon năng lượng cao vượt trội hơn năng lượng của chúng khi sinh ra từ nguồn vũ trụ như vụ nổ từ những hố đen và những quan sát mới đã ủng hộ cho một hiện tượng được dự báo từ năm 1925.
Những vụ nổ ngắn của các tia gamma phát sinh từ vũ trụ được quan sát thấy từ những năm 1960. Nhưng phải đến năm 1994, các nhà thiên văn học mới sử dụng tàu quan sát tia gamma quỹ đạo Compton của NASA để khám phá ra các photon mang năng lượng trong bầu khí quyển ở phía trên Trái đất. Các tia chớp gamma thuộc hành tinh trái đất này (TGF) kéo dài khoảng một phần nghìn giây - ngắn hơn hầu hết các vụ nổ trên nền vũ trụ. Compton quan sát được khoảng 70 TGF trong suốt 9 năm trong quỹ đạo của mình. Nhưng nó không được thiết kế để đo chính xác mức năng lượng hay sự phản ứng nhanh đối với các hiện tượng thoáng qua này.
Ngày nay, các nhà thiên văn học đã nghiên cứu dữ liệu từ thiết bị chụp ảnh vệ tinh quang phổ năng lượng mặt trời cao Ramaty Reuven của NASA (RHESSI), được phóng lên Vũ trụ từ năm 2002. Họ đã tìm thấy 86 TGF trong 6 tháng, ngoại suy các dữ liệu này cho thấy rằng có khoảng 50 khả năng xuất hiện hiện tượng này mỗi ngày trên khắp thế giới.
Và máy dò tìm RHESSI đã cho thấy: các hạt phôtôn này có năng lượng nhiều hơn khoảng 100 lần so với chúng khi đo được nhờ tàu Compton. “Đây chính là điều mà tôi quan tâm nhất, David Smith - nhà vật lý học tại trường Đại học California tại Santa Cruz, Mỹ, người dẫn đầu công trình nghiên cứu này nói.
“Năng lượng trung bình trên mỗi tia gama lớn hơn năng lượng phát ra từ tất cả các nguồn vũ trụ đó”.
Các trường hợp này là hiện tượng mang nhiều năng lượng nhất được tạo ra trên Trái đất, Umran Inan - một nhà vật lý học tại trường ĐH Stanford ở California, Mỹ, đồng ý như vậy. Ông ta nói các hạt photon xuất hiện được tạo ra trong một quy trình gọi là “relativistic runaway breakdown”, lần đầu tiên đã được đưa ra từ 80 năm trước.
Trong quy trình này, khi một tia chớp đánh để lại phía sau điện tích âm trong một đám mây dông. Điện tích này sẽ tạo ra một điện trường trong không khí phía trên đám mây với độ cao khoảng 80 km so với mực nước biển. Điện trường này kéo dài chừng một vài giây nhưng trong thời gian đó, nó kéo các điện tử tự do lên phía trên. Các điện tử này xung đột với các phân tử của nitơ, đánh lửa giải phóng nhiều điện tử hơn trong một quy trình “thác điện tử”.
Kết quả là chùm điện tử - di chuyển với tốc độ gần bằng tốc độ ánh sáng – sau đó phóng ra các tia gama khi chúng đập vào các hạt nhân nguyên tử và đi chệch hướng. Sau khi phát ra các tia gama, các điện tử có thể vòng lại xuống Trái đất theo đường từ trường của vệ tinh.
Các điện tử cũng có thể bị chuyển động như con thoi đối với vòng đai phóng xạ Van Allen bên trong (là một vòng kín của các phần tử bị chặn lại, ôm lấy Trái đất, có hình dạng như chiếc bánh rán). Nguồn của các phần tử tích điện năng cao trong vành đai này chưa được xác định rõ nhưng sự phóng xạ của nó có thể phá huỷ các vệ tinh. “Nghiên cứu này rất quan trọng bởi vì các TGF có thể chính là một nguồn tạo ra các phần tử của vành đai phóng xạ” – Inan nói với New Scientist. “Mật độ của các phần tử này tăng hay giảm theo thời tiết vũ trụ như thế nào cần phải được giám sát”.
Và TGF có thể còn liên quan tới một hiện tượng khí quyển khác nữa, gọi là “ma” hay “yêu quái”. Đó là sự xuất hiện ánh sáng lờ mờ ngắn ngủi ở bước sóng quang học phía trên tia chớp có hình dạng như chiếc bánh rán hay hình con sứa. Nhưng Inan nói rằng sự phát sáng này có thể đơn thuần chỉ là do các điện tử bị điện trường (tạo ra sau khi có tia chớp) nung nóng lên, chứ không phải là do gia tốc của điện tử trong chùm điện tử tốc độ cao.
Smith nói thêm rằng hiện tượng này có thể một ngày nào đó sẽ được quan sát thấy ở các hành tinh khác. Ông ta nói việc nghiên cứu mới này đưa ra một “cuộc tranh luận mạnh mẽ” về các thiết bị phát hiện tia gama bay tới sao Mộc, sao Kim, sao Thổ để xem xem liệu các tia chớp ở đó có tạo ra các tia chớp gama không.
Hồng Nga (theo New Scientist, ngày 18/2/200)