Các vụ nổ tia gamma có thể quét sạch sự sống dưới đại dương

Theo một đội nghiên cứu người Cuba, một vụ nổ tia gamma vũ trụ đi đến Trái đất có thể gây nguy hại đối với phiêu sinh vật đại dương ở độ sâu lên tới 75m. Những sinh vật này chiếm tới 40% sự quang hợp của đại dương, cho nên một sự kiện như vậy có thể có tác động nghiêm trọng đối với hàm lượng carbon dioxide của Trái đất.

Các vụ nổ tia gamma (GRB) là những sự kiện điện từ tỏa sáng mạnh nhất trong vũ trụ, giải phóng tới 10⁴⁴ J năng lượng tia gamma trong một chùm hẹp trong vài giây đồng hồ. Chúng có hai loại, dài và ngắn, và loại dài là phổ biến nhất và được cho rằng có nguyên nhân là do sự co nhân của một sao siêu mới. Cho đến nay, các GRB đã được quan sát thấy trong các thiên hà ở xa, chứ chưa thấy trong Dải Ngân hà. Tuy nhiên, một số nhà nghiên cứu tin rằng một vụ nổ GRB như thế là nguyên nhân gây ra sự tuyệt chủng hàng loạt Ordovician xảy ra cách nay chừng 450 triệu năm trước.

Với quan điểm này, một đội gồm các nhà sinh học và vật lí học tại Trung tâm Đại học Las Villas ở Santa Clara, Cuba, đã lập mô phỏng cái xảy ra khi một vụ nổ tia gamma ở gần – cách xa chúng ta khoảng 6000 năm ánh sáng – chạm tới Trái đất ngày nay. “Mong muốn của chúng tôi là liên hệ thiên văn vật lí với khoa học môi trường, một lĩnh vực nói chung là chưa được khám phá. Chúng tôi muốn biết làm thế nào các vụ nổ sao có thể ảnh hưởng đến sự tiến hóa của sự sống trên Trái đất”, nhà vật lí Rolando Cárdenas phát biểu.

Sự nguy hại đối với phiêu sinh vật sống trong các đại dương không phải là bản thân tia gamma mà là các chớp bức xạ tử ngoại (UV) sinh ra bởi sự tương tác của tia gamma với khí quyển. Các tia gamma đến ban đầu từ GRB sẽ bóc electron ra khỏi các phân tử chất khí. Những electron này sau đó sẽ kích thích các phân tử khác tạo ra sự phát xạ năng lượng tử ngoại. Theo Cárdenas, khoảng 1-10% năng lượng tia gamma tới đi đến mặt đất dưới dạng ánh sáng tử ngoại và có khả năng gây nguy hại cho phiêu sinh vật. Phần năng lượng còn lại xuất hiện dưới dạng ánh sáng khả kiến và hồng ngoại ít nguy hiểm hơn đối với sự sống.

Để mô phỏng tác động của bức xạ UV này, đội nghiên cứu đã khảo sát suất phản chiếu tiêu biểu cho các đại dương của Trái đất để tính ra phổ UV ở những độ sâu khác nhau. Họ còn xét đến chất lượng quang của nước vì không phải đại dương nào cũng sạch cả. Kết hợp những dữ kiện này với một vài yếu tố khác, họ tìm thấy một ánh chớp UV có thể đâm xuyên tới 75m trong nước sạch, gây phá hủy một enzyme thiết yếu cho sự quang hợp và đồng thời làm cho phiêu sinh vật tiêu hao một phần năng lượng từ sự quang hợp để sửa lỗi ADN bị hỏng.

Ảnh minh họa vụ nổ tia gamma GRB 020813, quan sát thấy hồi năm 2002 và tồn tại khoảng hai phút. (Ảnh: NASA/CXC/M Weiss)

Sự suy giảm khả năng quang hợp như thế này của phiêu sinh vật có thể có tác động dễ thấy lên khí hậu của Trái đất. Carbon dioxide được tiêu thụ khối lượng lớn bởi phiêu sinh vật đại dương với chỉ một loài, Prochlorococcus marinus, đã chiếm tới 20% toàn bộ sự quang hợp của sinh quyển. Phiêu sinh vật còn là mắc xích đầu tiên trong nhiều chuỗi thức ăn đại dương và sự tàn lụi của chúng do tác động của GRB sẽ có tác động chết chóc lên toàn giới sinh vật biển.

Tuy nhiên, GRB hiếm xảy ra trong các thiên hà như Dải Ngân hà của chúng ta. “Lời giải thích có khả năng nhất cho điều này là Dải Ngân hà giàu kim loại hơn – với nhiều nguyên tố nặng hơn helium – và GRB ít xảy ra hơn trong các môi trường giàu kim loại”, Andrew Levan, một nhà nghiên cứu GRB tại Đại học Warwick, Anh quốc, giải thích. Mặc dù hiếm, nhưng không hẳn GRB không đi tới Trái đất được. “Các vụ nổ tia gamma có khả năng xảy ra trong thiên hà của chúng ta khoảng 10 triệu năm một lần hoặc cỡ đó thời gian. Để có tác động đối với Trái đất thì nó phải xảy ra trực diện với chúng ta và không ở xa lắm. Tuy nhiên, thật hợp lí nếu nghĩ rằng trong lịch sử hơn 4,5 tỉ năm của Trái đất, có lẽ chúng ta đã từng bị ảnh hưởng bởi một vụ nổ GRB như thế”, Levan nói.

Nguồn: physicsworld.com