Lần đầu tiên phát hiện các phân tử c60 trong không gian vũ trụ

Lần đầu tiên phát hiện các phân tử C60
trong không gian vũ trụ
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.
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.

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