Khoa học tự nhiên

Các phân tử bí ẩn trong vũ trụ (14/08/2014)

Trong khoảng không trống rỗng rộng lớn của không gian giữa các vì sao, vô số các phân tử nhỏ lặng lẽ đi qua chân không lạnh giá. Được tạo ra trong các lò phản ứng tổng hợp của các ngôi sao cổ và bị đẩy vào không gian khi những ngôi sao đó phát nổ, những phân tử đơn độc này chiếm số lượng đáng kể trong tất cả nguyên tử carbon, hydro, silicon và các nguyên tử khác trong vũ trụ. Trong thực tế, khoảng 20% toàn bộ carbon trong vũ trụ được cho là tồn tại dưới một số dạng phân tử giữa các vì sao.

Biểu đồ này cho thấy bước sóng hấp thu là một hàm của số nguyên tử carbon trong chuỗi carbon có đầu silic SiC_(2n+1)H, cho quá trình chuyển đổi điện tử pi-pi cực mạnh. Khi chuỗi chứa 13 hoặc nhiều nguyên tử carbon - không dài hơn nhiều so với các chuỗi carbon tồn tại trong không gian đã được biết đến - các quá trình chuyển đổi mạnh mẽ này trùng với vùng phổ do các dải liên sao chiếm giữ. Ảnh: D. Kokkin, ASU

Nhiều nhà thiên văn học đưa ra giả thuyết rằng những phân tử giữa các vì sao này cũng chịu trách nhiệm cho hiện tượng quan sát thấy trên Trái đất được gọi là "các dải liên sao khuyếch tán," chứng minh bằng quang phổ rằng có một cái gì đó trong vũ trụ đang hấp thụ một số màu ánh sáng khác nhau nhất định từ các ngôi sao trước khi nó tới Trái đất. Nhưng vì chúng ta không biết được chính xác thành phần hóa học và sắp xếp nguyên tử của các phân tử bí ẩn này, nên nó vẫn chưa được chứng minh trên thực tế là nguyên nhân của các dải liên sao khuyếch tán đó.

Mới đây, trong bài báo đăng trên Tạp chí Vật lý hóa học, một nhón các nhà khoa học do các nhà nghiên cứu ở Trung tâm Vật lý Thiên văn Harvard-Smithsonian đã đưa ra một khả năng khó hiểu mới: những phân tử bí ẩn này có thể là các hydrocarbon có đầu silic giống như SiC₃H, SiC₄H và SiC₅H, và chúng có các dữ liệu và diễn giải lý thuyết hỗ trợ giả thuyết đó.

Đồng thời, nhóm cũng cảnh báo rằng lịch sử đã cho thấy rằng mặc dù nhiều khả năng đã được đề xuất là nguồn gốc của các dải liên sao khuyết tán, nhưng chưa có giả thuyết này được chứng minh rõ ràng.

"Có một số giải thích trong những năm qua, và chúng nói về các gam màu," Michael McCarthy, một nhà vật lý cao cấp tại Trung tâm Harvard-Smithsonian, trưởng nhóm nghiên cứu cho biết.

Những phân tử trong Vũ trụ và chúng ta biết được chúng như thế nào

Các nhà thiên văn học từ lâu đã biết về sự tồn tại của các phân tử giữa các vì sao chứa các nguyên tử carbon và theo bản chất, chúng sẽ hấp thụ ánh sáng chiếu vào chúng từ những ngôi sao và các đối tượng phát sáng khác. Do đó, một số nhà khoa học trước đây đã đề xuất rằng một số loại phân tử giữa các vì sao là nguồn gốc của các dải liên sao khuếch tán - hàng trăm vạch hấp thụ tối được thấy trong các phổ màu được lấy từ Trái đất.

Tuy không thể hiện gì nhưng những dải tối tiết lộ tất cả mọi thứ. Những màu sắc biến mất tương ứng với các photon có bước sóng nhất định đã được hấp thụ khi chúng di chuyển qua không gian bao la trước khi đến với chúng ta. Hơn thế nữa, nếu các photon này được lọc bởi các phân tử trong không gian, các bước sóng tiết lộ chính xác các năng lượng nó đã sử dụng để kích thích các cấu trúc điện tử của các phân tử hấp thụ này theo một cách xác định.

Với thông tin đó, các nhà khoa học trên Trái đất giờ đây có thể sử dụng quang phổ để xác định các phân tử giữa các vì sao bằng cách chứng minh phân tử nào trong phòng thí nghiệm có cùng "dấu vết" hấp thụ. Nhưng sau hàng thập kỷ nỗ lực, danh tính của các phân tử trong các dải liên sao khuyết tán vẫn còn là một bí ẩn. Chưa có ai có thể tái tạo được chính xác các quang phổ hấp thụ như vậy trong các phòng thí nghiệm trên Trái đất.

Giờ đây Reilly, McCarthy và các đồng nghiệp của họ đang hướng đến một tập hợp phân tử bất thường - các gốc chuỗi carbon kết thúc bằng silic - một nguồn có thể có của những dải huyền bí này.

Như trong báo cáo mới của họ, nhóm nghiên cứu đầu tiên tạo ra các chuỗi carbon chứa silic SiC₃H, SiC₄H và SiC₅H trong phòng thí nghiệm. Sau đó họ phân tích quang phổ của chúng và thực hiện các tính toán lý thuyết để dự đoán rằng chuỗi dài trong họ này có thể chiếm một phần trong dải liên sao khuyết tán.

"Các môi trường giữa các vì sao là một môi trường hấp dẫn," McCarthy nói. "Nhiều thứ khá phong phú ở đó còn chưa được biết trên Trái đất."

Nguồn: www.vista.vn (Theo The Journal of Chemical Physics)