Các nhà khoa học làm việc với Kính viễn vọng Không gian Hubble đã tìm thấy một phân tử rất phức tạp ngoài kia trong không gian. Được gọi là Buckyballs, theo nhà tư tưởng nổi tiếng Buckminster Fuller, chúng là sự sắp xếp phân tử gồm 60 nguyên tử carbon (C60) trong hình dạng thô ráp của một quả bóng đá. Mặc dù nó không phải là lần đầu tiên những phân tử kỳ lạ này được phát hiện trong không gian, nhưng đây là lần đầu tiên các ion Buckyball được tìm thấy.
Buckyballs, (còn gọi là Buckminsterfullerenes) đã được tìm thấy trong Môi trường liên sao (ISM), vật chất khuếch tán và bức xạ tồn tại giữa các hệ mặt trời. Vì ISM là loại vật chất cơ bản mà cuối cùng các ngôi sao và hành tinh hình thành, nên các nhà thiên văn học thực sự quan tâm đến nó. Hiểu nội dung của ISM làm sáng tỏ sự gia tăng của các ngôi sao, các hành tinh và cuối cùng là sự sống.
Xác nhận của chúng tôi về C60+ chỉ ra cách thức hóa học phức tạp có thể có được, ngay cả ở mật độ thấp nhất, môi trường được chiếu xạ cực tím mạnh nhất trong Thiên hà.
Martin Cordiner, Tác giả chính, Trung tâm bay không gian Goddard
Nhóm nghiên cứu phát hiện này đã công bố phát hiện của họ trên Tạp chí Vật lý thiên văn vào ngày 22 tháng 4 năm 2019. Bài báo có tên là Xác nhận Interstellar C60 + bằng Kính viễn vọng Không gian Hubble. Tác giả chính là Martin Cordiner thuộc Đại học Công giáo Hoa Kỳ, đóng quân tại Trung tâm bay không gian NASA God Goddard ở Greenbelt, Maryland.
Trên trái đất, các nhà khoa học đã tìm thấy C60 +, nhưng nó rất hiếm. Họ đã tìm thấy nó trong đá và khoáng chất, và cả trong bồ hóng được tạo ra bởi quá trình đốt cháy ở nhiệt độ cao. Việc tìm thấy dạng C60 + bị ion hóa (tích điện) trong ISM là điều đáng ngạc nhiên, bởi vì nó có một môi trường khắc nghiệt như vậy.
C60 + trong không gian bị ion hóa bởi các ngôi sao. Ánh sáng cực tím từ các ngôi sao tước một electron từ C60, khiến cho phân tử mang điện tích dương. Tìm kiếm các phân tử carbon phức tạp này trong không gian là một bước hướng tới một danh mục đầy đủ hơn về vật chất trong Môi trường giữa các vì sao.
Cuộc sống: Sự phức tạp hóa học cuối cùng
ISM khuếch tán ISM trong lịch sử được coi là quá khắc nghiệt và là môi trường cho sự phong phú đáng kể của các phân tử lớn xảy ra, chuyên gia Cordiner cho biết trong một thông cáo báo chí. Trước khi phát hiện ra C60, các phân tử lớn nhất được biết đến trong không gian chỉ có 12 nguyên tử. Xác nhận của chúng tôi về C60+ chỉ ra cách thức hóa học phức tạp có thể có được, ngay cả ở mật độ thấp nhất, môi trường được chiếu xạ cực tím mạnh nhất trong Thiên hà.
Trong một số cách, cuộc sống có thể được coi là cuối cùng trong sự phức tạp hóa học.
Martin Cordiner, Tác giả chính, Trung tâm bay không gian Goddard
Carbon là chìa khóa cho cuộc sống, theo như chúng ta biết. Nó rất phong phú, và nó có thể tạo thành các hợp chất độc đáo và đa dạng. Carbon có thể tạo thành các phân tử lớn gọi là polymer, ở nhiệt độ chung của Trái đất. Polyme là một họ các phân tử có nhiều tính chất đóng vai trò chính trong các mô sống như protein và DNA. Thật khó để tưởng tượng cuộc sống mà không có carbon.
Vì sự sống dựa trên các phân tử mang carbon, nên việc tìm kiếm các phân tử carbon phức tạp như C60 + trong không gian là một khám phá hấp dẫn. Theo một cách nào đó, cuộc sống có thể được coi là tối thượng trong sự phức tạp hóa học, ông Cordiner nói. Sự hiện diện của C60 chứng minh một cách rõ ràng mức độ phức tạp hóa học cao đối với môi trường không gian và hướng đến khả năng mạnh mẽ cho các phân tử chứa carbon cực kỳ phức tạp khác phát sinh trong không gian.
Chìa khóa để tìm C60 + trong ISM là cái được gọi là Dải liên sao khuếch tán (IDB).
Các vật liệu chính trong ISM là các nghi phạm thông thường: hydro và helium. Nhưng có nhiều phân tử phức tạp không xác định khác trong ISM, và cách duy nhất để tìm thấy chúng là nghiên cứu ánh sáng sao đi qua chúng.
Các nguyên tố và hợp chất khác nhau trong ISM có thể chặn hoặc hấp thụ các bước sóng nhất định của ánh sáng sao. Sử dụng phép đo phổ, các nhà khoa học có thể chia ánh sáng thành các bước sóng khác nhau và kiểm tra nó. Bằng cách đó, họ có thể phát hiện chính xác bước sóng nào vắng mặt và suy ra các hóa chất chịu trách nhiệm.
Trong ISM, điều này có thể khó khăn. Ngoài kia, các mô hình hấp thụ được tiết lộ bằng phép đo phổ bao trùm một phạm vi ánh sáng rộng hơn nhiều, một số trong đó hoàn toàn khác với bất kỳ cái gì nhìn thấy trên Trái đất. Những mô hình đó được gọi là Dải liên sao, và chúng được phát hiện lần đầu tiên vào năm 1922 bởi nhà thiên văn học người Mỹ Mary Lea Heger.
Vấn đề là, để xác định bản chất của DIB trong không gian, nó cần phải được khớp với một cái nhìn thấy trong phòng thí nghiệm. Nhưng có hàng triệu cấu trúc phân tử khác nhau và các DIB liên quan của chúng, vì vậy phải mất cả đời để xác định tất cả.
Ngày nay, hơn 400 DIB đã được biết đến, nhưng (ngoài số ít được quy cho C60+), không ai được xác định một cách thuyết phục, ông Cordiner nói. Cùng với nhau, sự xuất hiện của các DIB cho thấy sự hiện diện của một lượng lớn các phân tử giàu carbon trong không gian, một số trong đó cuối cùng có thể tham gia vào hóa học làm phát sinh sự sống. Tuy nhiên, thành phần và đặc điểm của vật liệu này sẽ vẫn là ẩn số cho đến khi các DIB còn lại được chỉ định.
Các nhà khoa học đã dành nhiều thập kỷ cố gắng tìm kiếm các phòng thí nghiệm chính xác cho các DIB.
Buckyballs đáng kính
Đây là nơi Kính thiên văn vũ trụ Hubble đáng kính đến.
Nhóm nghiên cứu đằng sau nghiên cứu mới này đã so sánh các mẫu hấp thụ C60 + trong phòng thí nghiệm với các DIB mà Hubble quan sát được trong Môi trường giữa các vì sao. Công việc DIB trong phòng thí nghiệm được thực hiện bởi một nhóm khác từ Đại học Basel, Thụy Sĩ. Hubble có thể quan sát dữ liệu hấp thụ C60 + từ cá rô của nó trên quỹ đạo, nơi hơi nước trong bầu khí quyển Trái đất có thể chặn nó. Mặc dù vậy, nhóm nghiên cứu đã phải đẩy kính viễn vọng không gian vượt quá giới hạn độ nhạy của nó.
Việc phát hiện ra các ion Buckyball trong không gian đã khiến nhóm nghiên cứu nổ ra nhiều hơn. Suy nghĩ đi, nếu những phân tử carbon phức tạp này hiện diện ngoài kia trong ISM, liệu có những cái khác? Để tìm hiểu, cần có thêm nhiều công việc trong phòng thí nghiệm với các phân tử carbon phức tạp khác, để xác định DIB của chúng để chúng có thể phù hợp với các quan sát trong tương lai của ISM.
Hiện tại, nhóm nghiên cứu đằng sau nghiên cứu này muốn tiếp tục tìm kiếm Buckyball trong không gian, để xem mức độ phổ biến của chúng. Tác giả chính Cordiner nghĩ rằng, dựa trên những phát hiện của họ cho đến nay, C60 + đang lan rộng trong thiên hà.
Điều đó có nghĩa gì cho sự xuất hiện và tiến hóa của sự sống trên Trái đất và những nơi khác đang ở trên không, nhưng nó lại là một câu hỏi hấp dẫn.
Nguồn:
- Thông cáo báo chí: Hubble tìm thấy những quả bóng đá nhỏ xíu bằng điện trong không gian, giúp giải quyết bí ẩn giữa các vì sao
- Tài liệu nghiên cứu: Xác nhận Interstellar C60 + Sử dụng Kính thiên văn vũ trụ Hubble
- Wikipedia Entry: Interstellar Medium
- Mục nhập Wikipedia: Carbon
