Phát hiện loại phân tử đầu tiên hình thành trong vũ trụ

HeH+ được cho là loại phân tử hóa học đầu tiên xuất hiện sau vụ nổ Big Bang. Ảnh: NR Fuller.

Ion HeH+ được tìm thấy tại tinh vân hành tinh NGC 7027, theo nghiên cứu mới đăng trên tạp chí Nature hôm 17/4. Sau khi vũ trụ hình thành từ vụ nổ Big Bang 13,8 tỉ năm trước, các phản ứng hóa học đã tạo nên những phân tử đầu tiên. Chúng rất quan trọng trong việc hình thành nên mọi vật.

Giới chuyên gia từ lâu đã cho rằng HeH+, hay ion helium hydride, là loại phân tử đầu tiên nhưng chưa thể tìm thấy bằng chứng về sự tồn tại của chúng ngoài không gian. HeH+ được tạo thành nhờ liên kết phân tử sau vụ nổ Big Bang. Sau đó, chúng tách ra thành các phân tử hydro và nguyên tử heli. Đây là hai nguyên tố dồi dào nhất vũ trụ. Trong đó, hydro đứng đầu còn heli đứng thứ hai.

Các nhà khoa học tạo ra HeH+ trong phòng thí nghiệm và tiến hành nghiên cứu từ năm 1925, mở ra cuộc tìm kiếm kéo dài hàng thập kỷ trong vũ trụ. "Nền hóa học của vũ trụ bắt đầu với HeH+. Việc thiếu bằng chứng rõ ràng về sự tồn tại của chúng trong không gian liên sao là vấn đề nan giải với thiên văn học suốt một thời gian dài", Rolf Güsten, tác giả nghiên cứu, nhà thiên văn tại Viện Thiên văn vô tuyến Max Planck, cho biết.

Các mô hình hóa học thiên thể cuối những năm 1970 chỉ ra khả năng tìm được HeH+. Giới khoa học cho rằng chúng có thể tồn tại trong tinh vân hành tinh, loại tinh vân sinh ra từ những ngôi sao giống Mặt Trời trong giai đoạn cuối, khi sắp nổ tung với vụ nổ siêu tân tinh. Ion phân tử hình thành khi bức xạ của ngôi sao đạt mức nhiệt cực lớn và ion hóa tinh vân.

Tuy nhiên, việc phát hiện tín hiệu của phân tử ở bước sóng mạnh nhất rất khó. Khí quyển đã cản trở tầm quan sát của mọi kính viễn vọng dưới mặt đất. Do đó, các nhà nghiên cứu sử dụng SOFIA, chiếc máy bay Boeing được cải tiến để mang kính viễn vọng bay lên trên tầng khí quyển thấp. Quang phổ kế độ phân giải cao GREAT mà SOFIA mang theo đã dò được HeH+ trong tinh vân hành tinh NGC 7027.

"Việc phát hiện HeH+ là minh chứng đẹp và ấn tượng về khuynh hướng hình thành các phân tử của tự nhiên", David Neufeld, đồng tác giả nghiên cứu, giáo sư Khoa Vật lý Thiên văn tại Đại học Johns Hopkins, nhận xét.

"Bất chấp những yếu tố khó khăn, hỗn hợp gồm hydro với khí heli trơ và môi trường khắc nghiệt với mức nhiệt hàng nghìn độ C, một phân tử mong manh vẫn hình thành. Đáng chú ý là các nhà thiên văn không chỉ quan sát được mà còn hiểu hiện tượng này nhờ sử dụng những mô hình lý thuyết mà chúng tôi phát triển", Neufeld nói thêm.