(H2N2)-Các nhà thiên văn sử dụng Kính thiên văn vũ trụ Spitzer của NASA vừa phát hiện ra các phân tử carbon, gọi là “bóng bucky” (C60) trong không gian vũ trụ. Bóng bucky là những phân tử hình quả bóng đá lần đầu tiên được quan sát thấy trong một phòng thí nghiệm cách nay đã 25 năm.
Ảnh minh họa các quả bóng bucky C60 trong vũ trụ. Ảnh: NASA/JPL-Caltech
Sở dĩ các phân tử này mang tên như vậy vì chúng na ná giống với các mái vòm đo đạc kiến trúc của Buckminster Fuller, chúng có các vòng tròn đan xen nhau trên bề mặt của một hình gần như cầu. Bóng bucky được cho là trôi nổi trong không gian vũ trụ, nhưng người ta không phát hiện ra chúng, mãi cho đến nay.
Đây là những phân tử lớn nhất được biết tồn tại trong vũ trụ. “Chúng tôi đặc biệt thích thú vì chúng có các tính chất độc nhất vô nhị khiến chúng là những nhân vật quan trọng trong mọi loại tiến trình vật lí và hóa học đang diễn ra trong vũ trụ”, phát biểu của Jan Cami, thuộc trường Đại học Western Ontario, Canada. Cami là tác giả của bài báo tường thuật về khám phá trên đăng trên tạp chí Science.
Bóng bucky cấu tạo gồm 60 nguyên tử carbon sắp xếp theo những cấu trúc hình cầu, ba chiều. Hình ảnh xen kẽ lục giác và ngũ giác của chúng ăn khớp với các viền trắng đen trên quả bóng đá bình thường. Đội nghiên cứu còn tìm thấy một họ hàng thon dài hơn của bóng bucky, gọi là C70, trong không gian vũ trụ. Những phân tử này gồm 70 nguyên tử carbon và có hình dạng giống với một viên ruby ôvan hơn. Cả hai loại phân tử này thuộc về một họ có tên chính thức là fullerene.
Đội của Cami đã bất ngờ tìm ra các quả bóng carbon trong một tinh vân hành tinh tên gọi là Tc 1. Các tinh vân hành tinh là tàn dư của các sao, như mặt trời, đã trút hết những lớp khí và bụi bên ngoài của chúng khi chúng gì đi. Một ngôi sao nóng, đặc, hay sao lùn trắng, tại tâm của tinh vân trên tỏa sáng và làm nóng những đám mây vật liệu đã bị ‘bóc vỏ’ này.
Dữ liệu từ Kính thiên văn vũ trụ Spitzer của NASA cho thấy các dấu hiệu của bóng bucky trong vũ trụ. Ảnh: NASA/JPL-Caltech/Đại học Western Ontario
Bóng bucky được tìm thấy trong những đám mây này, có lẽ phản ánh một giai đoạn ngắn ngủi trong cuộc sống của ngôi sao, khi nó thổi phụt ra vật liệu giàu carbon. Các nhà thiên văn đã sử dụng thiết bị quang phổ của Spitzer để phân tích ánh sáng hồng ngoại phát ra từ tinh vân hành tinh trên và nhìn thấy các dấu hiệu phổ của bóng bucky. Những phân tử này đại khái ở nhiệt độ phòng – nhiệt độ lí tưởng để phát ra các vân đặc trưng của ánh sáng hồng ngoại mà Spitzer có thể phát hiện ra. Theo Cami, Spitzer đã nhìn vào đúng nơi tại thời điểm đúng lúc. Một thế kỉ trước đây chẳng hạn, bóng bucky không thể nào phát hiện ra được vì chúng còn quá lạnh.
So sánh dữ liệu thu từ Spitzer với dữ liệu lấy từ các phép đo trong phòng thí nghiệm của cùng phân tử trên cho kết quả ăn khớp ở mức hoàn hảo.
Các nhà thiên văn quốc tế cho biết các phân tử cácbon lớn được hình thành trong phòng thí nghiệm bằng việc cho bốc hơi than chì trong môi trường khí heli, nhưng cho đến nay chưa có phân tử nào lớn như phân tử cácbon vừa được phát hiện trong vũ trụ.
Các nhà thiên văn xác định mỗi phân tử cácbon lớn khác thường này trong vũ trụ chứa tới 60 hoặc 70 phân tử cácbon (C60 và C70) và có kích thước 1 nanomét, lớn gấp 3 lần một phân tử nước.
Cami nói: “Chúng tôi không có kế hoạch trước cho khám phá này. Nhưng khi chúng tôi nhìn thấy các dấu hiệu phổ dị thường này, chúng tôi lập tức biết rằng mình đang nhìn thấy một trong những phân tử đã được tìm kiếm nhiều nhất bấy lâu nay”.
Năm 1970, giáo sư người Nhật Eiji Osawa đã tiên đoán sự tồn tại của bóng bucky, nhưng chúng không được quan sát thấy mãi cho đến các thí nghiệm trong phòng lab vào năm 1985. Các nhà nghiên cứu đã mô phỏng các điều kiện có trong khí quyển của những ngôi sao khổng lồ, giàu carbon, đang già đi, trong đó các chuỗi carbon đã được phát hiện thấy. Thật bất ngờ, những thí nghiệm này mang lại sự hình thành những lượng lớn fullerence. Các phân tử này đã được tìm thấy trên Trái đất, trong muội hóng của nến, trong các lớp đá, và trong các thiên thạch.
Trên cơ sở nhiệt độ đo được trong tinh vân, các nhà thiên văn dự đoán các phân tử C60 và C70 đã hình thành khoảng 100 năm trước và sẽ “biến mất” trong vòng 100 năm nữa.
Các nhà thiên văn quốc tế nhấn mạnh việc phát hiện ra các phân tử cácbon mới này cho thấy trong vũ trụ có thể đang tồn tại vô số phân tử lớn và phức tạp của vật chất.
Các phân tử C60 và C70 rất ổn định, chống được tác động của các tia cực tím giữa các vì sao. Vì vậy, một khi đã hình thành, chúng có thể tồn tại lâu dài trong vũ trụ.
Nghiên cứu về fullerence và các họ hàng của chúng đặc biệt sôi nổi trong thời gian gần đây vì các phân tử này có độ bền vô song và các tính chất hóa lí ngoại hạng. Các ứng dụng tiềm năng của chúng có thể kể đến là áo giáp, phân phối thuốc trong cơ thể và các công nghệ siêu dẫn.
Võ Ngọc Bình
Nguồn PhysOrg/Hoahocngaynay.com
