Các nhà Hóa học Thiên văn mô phỏng quá trình vũ trụ: Giải mã cơ chế hình thành Fullerene từ PAH

Một nhóm các nhà khoa học quốc tế, bao gồm các chuyên gia từ Đại học Colorado tại Boulder, đã thực hiện những thí nghiệm đột phá trong phòng thí nghiệm nhằm mô phỏng các phản ứng hóa học xảy ra trong không gian sâu thẳm. Kết quả nghiên cứu này, được công bố trên tạp chí Journal of the American Chemical Society, đã đưa ra một lời giải thích thuyết phục về cơ chế hình thành các fullerene, chẳng hạn như buckminsterfullerene (C60), vốn phổ biến rộng rãi trong môi trường giữa các vì sao. Giả thuyết cốt lõi được đề xuất là bức xạ vũ trụ đóng vai trò là chất xúc tác, biến đổi các Hydrocarbon Thơm Đa Vòng (PAH) thành những phân tử carbon có cấu trúc hình cầu này.

Sự chuyển đổi hóa học này được coi là một bước cực kỳ quan trọng trong quá trình tiến hóa hóa học của Vũ trụ, vì nó tạo điều kiện cho sự xuất hiện của các hợp chất hữu cơ phức tạp, những yếu tố cần thiết cho sự hình thành các ngôi sao và hệ thống hành tinh sau này. Để tái tạo lại môi trường vũ trụ khắc nghiệt, các nhà nghiên cứu đã sử dụng chùm tia điện tử để bắn phá hai phân tử PAH nhỏ là anthracene và phenanthrene. Quá trình này đã kích hoạt sự mất đi của các nguyên tử hydro và gây ra sự sắp xếp lại cấu trúc triệt để, trong đó các nguyên tử carbon bắt đầu hình thành các cấu hình lục giác và ngũ giác.

Kết quả bất ngờ từ mô hình hóa trong phòng thí nghiệm cho thấy rằng các phân tử chứa cấu trúc hình ngũ giác có thể chính là mắt xích còn thiếu, giúp chuyển tiếp từ PAH sang các fullerene ổn định. Những phát hiện này mang ý nghĩa to lớn đối với vật lý thiên văn, vì chúng cung cấp một cơ chế khả thi và có lẽ là phổ biến cho sự hình thành fullerene trong không gian. Các fullerene được tạo ra theo cách này có thể được phát hiện bằng các công cụ hiện đại, bao gồm cả Kính viễn vọng Không gian James Webb.

Việc nhận dạng được những phân tử phức tạp này cho phép cộng đồng khoa học hiểu sâu sắc hơn về các quá trình hóa học nền tảng cho sự hình thành các ngôi sao và toàn bộ hệ thống hành tinh. Nghiên cứu đã chuyển trọng tâm khỏi các quá trình năng lượng cao được giả định trước đây, chẳng hạn như vụ nổ siêu tân tinh, sang một quá trình diễn ra dần dần hơn dưới tác động của bức xạ vũ trụ. Do đó, việc nắm bắt được con đường hình thành này không chỉ giải thích sự hiện diện rộng rãi của C60 trong vũ trụ mà còn mở rộng hiểu biết của chúng ta về cách thức các tiền đề cho sự sống có thể phát sinh từ những nguyên tố đơn giản.