Những vụ nổ tia gamma – thường gắn liền với cái chết của các ngôi sao lớn hoặc hố đen – lại có thể đang diễn ra ngay trong khí quyển Trái Đất, ngay trên đầu chúng ta.
Một nhóm các nhà khoa học Nhật Bản do giáo sư Yuuki Wada (Đại học Osaka) dẫn đầu đã lần đầu tiên ghi nhận tia gamma phát ra ngay trước khoảnh khắc hai luồng sét đối nghịch va chạm nhau, tạo ra một cường độ điện trường cực mạnh đủ để gia tốc electron gần bằng tốc độ ánh sáng. Phát hiện này có thể là chìa khóa mở ra lời giải cho một trong những hiện tượng năng lượng cao bí ẩn nhất trên Trái Đất: tia gamma trong khí quyển (Terrestrial Gamma-ray Flashes – TGF).
Sử dụng hệ thống cảm biến hiện đại được lắp đặt quanh các tháp truyền hình tại Kanazawa, nhóm nghiên cứu đã đồng thời ghi lại hình ảnh quang học, sóng vô tuyến và bức xạ năng lượng cao của hiện tượng sét. Nhờ đó, họ phát hiện tia gamma được phóng ra chỉ 31 micro giây trước khi hai luồng sét gặp nhau, kéo dài tổng cộng khoảng 20 micro giây – một khoảng thời gian cực ngắn nhưng đủ để xác nhận chính xác cơ chế xảy ra.
“TGF là một trong những hiện tượng tự nhiên có năng lượng cao nhất trong khí quyển,” giáo sư Wada nhấn mạnh trong báo cáo được đăng trên tạp chí Science Advances hôm 21 tháng 5.
Theo nhóm nghiên cứu, hiện tượng này xảy ra khi một luồng sét đi xuống từ đám mây va chạm với một luồng sét đi lên từ mặt đất – cụ thể là từ các tháp truyền hình. Va chạm giữa hai luồng điện này tạo ra điện trường cực mạnh, gia tốc các hạt electron và phát ra tia gamma có năng lượng cao – vốn trước đây chỉ ghi nhận qua vệ tinh.
Trước đó, các tổ chức lớn như NASA và ESA cũng đã nghiên cứu TGFs qua các thiết bị bay tầng cao và trạm không gian quốc tế. Tuy nhiên, đây là lần đầu tiên con người ghi lại trọn vẹn TGFs từ mặt đất, với độ chính xác đến từng micro giây, nhờ điều kiện sét mùa đông tại Nhật Bản – nơi có các đám mây thấp và cấu trúc khí quyển đặc biệt.
“Mối quan hệ giữa sét và tia gamma vẫn là bí ẩn,” Wada chia sẻ. “Chúng tôi sẽ tiếp tục nghiên cứu sét mùa đông ở Nhật – bởi nơi này còn rất nhiều điều chưa được khám phá.”