Phát hiện mới về phân tử chưa từng thấy trong vũ trụ ở Tinh vân Chân mèo

Các nhà nghiên cứu đã phát hiện ra một phân tử lớn bất thường, chưa từng được phát hiện trước đây trong Tinh vân Chân Mèo - một khu vực hình thành sao cách Trái Đất 5.500 năm ánh sáng. Với 13 nguyên tử, hợp chất được gọi là 2-methoxyetanol, là một trong những phân tử lớn nhất từng xác định được bên ngoài Hệ Mặt trời của chúng ta.

Chúng ta thường nghĩ không gian như một vực thẳm hư vô giữa các ngôi sao nhưng khoảng trống này tồn tại cùng với tính chất hóa học khi các nguyên tử kết hợp với nhau và tách ra để tạo nên các ngôi sao cũng như các hành tinh trong hàng triệu năm. Hiểu được cách thức các phân tử hữu cơ đơn giản như metan, ethanol và formaldehyde hình thành giúp các nhà khoa học xây dựng được bức tranh không chỉ về cách các ngôi sao và thiên hà được sinh ra mà còn cả sự sống bắt đầu như thế nào.

Tuy nhiên, việc phát hiện ra những thành tố cơ bản này của sự sống không phải diều dễ dàng. Mỗi phân tử sở hữu một "mã vạch" năng lượng duy nhất - một tập hợp các bước sóng ánh sáng cụ thể mà phân tử có thể hấp thụ, Ở mức độ lượng tử, mỗi bước sóng được hấp thụ tương ứng với sự chuyển đổi giữa mức năng lượng quay này sang mức năng lượng quay khác và mỗi phân tử có một tập hợp mức năng lượng khác nhau nhưng được xác định rõ ràng mà ở đó những chuyển đổi này có thể xảy ra. Mã vạch chuyển đổi năng lượng này có thể dễ dàng đo được đối với các mẫu trong phòng thí nghiệm, nhưng sau đó các nhà hóa học thiên văn phải tìm ra dấu hiệu năng lượng tương tự này trong không gian.

Tác giả nghiên cứu đầu tiên Zachary Fried, nhà hóa học thiên văn tại MIT, nói với Live Science trong email: “Khi chúng tôi quan sát các nguồn giữa các vì sao bằng kính viễn vọng vô tuyến, chúng tôi có thể thu thập tín hiệu quay từ các phân tử khí trong các vùng không gian này”.

"Bởi vì các phân tử tuân theo các định luật cơ học lượng tử giống như các định luật trên Trái đất, các chuyển đổi quay được quan sát trong dữ liệu kính thiên văn sẽ phù hợp với các chuyển đổi được đo trong phòng thí nghiệm”.

Cách tiếp cận này chính xác là cách Fried và các đồng nghiệp - một phần của nhóm nghiên cứu do Brett McGuire, Giáo sư về hóa học tại MIT dẫn đầu – đã phát hiện ra 2-methoxyetanol, một phân tử gồm 13 nguyên tử trong đó một trong các nguyên tử hydro của etanol được thay thế bằng một nhóm methoxy (O–CH3) phức tạp hơn. Mức độ phức tạp này đặc biệt bất thường bên ngoài Hệ Mặt trời, khi chỉ có sáu "loại" lớn hơn 13 nguyên tử từng được phát hiện.

Fried cho biết: “Những phân tử này thường ít phong phú hơn nhiều so với các hydrocacbon nhỏ hơn có lộ trình hình thành đơn giản hơn. Ngoài ra, các tín hiệu quang phổ của các phân tử này được phân bổ qua số lượng chuyển tiếp lớn hơn, do đó làm cho các đỉnh quang phổ riêng lẻ yếu hơn và khó quan sát hơn”.

Các loại có chứa methoxy trước đây đã được phát hiện trong một phần của Tinh vân Chân Mèo, còn được gọi là NGC 63341 và trong IRAS 16293, một hệ sao nhị phân trong quần thể đám mây Rho Ophiuchi, nằm cách Trái Đất 457 năm ánh sáng. Như vậy, nhóm nghiên cứu đã có ý tưởng hợp lý về nơi có thể tìm kiếm phân tử mới.

Nhóm các nhà khoa học này hy vọng những phát hiện trên có thể cung cấp thông tin cho các nghiên cứu trong tương lai để xác định các phân tử khác chưa được tìm thấy trong không gian.