Khám phá bất ngờ: Tia X chi phối
sựhình thành tinh thểmới
Phát hiện xương gãy, ung bướu và lỗsâu răng, phân tích nguyên tử
trong các chấtđa dạng và quét hành lí ởsân bay – nhưng ai biết chúng còn có
th+ làm cho các tinh th+ hình thành kia ch+?
Mộtđội gồm các nhà ởtrường Đại học Northwestern vừa phát hiện thấy tia X
có thểkích hoạt sựhình thành của một loại tinh thể: những dây tóc hình trụ
tích điện sắp trật tựgiống nhưmột bó bút chì chịu tác dụng của những lực
hút, đó là cái chưa biết trong các tinh thể.
Hiện tượng tương tựcó thểxảy ra tựnhiên trong sinh học, thí dụtrong các
sợi cytoskeleton của tếbào, cơquan điều khiển sựphân chia và di trú tếbào
trong các di căn ung thưvà nhiều quá trình khác.
Kết quảtrên, sẽcông bốtrên sốra tuần này, hôm 29 tháng 1, của tạp chí
Science, mởrộng kiến thức vềcác tinh thể, cho dù là từtựnhiên, các dụng cụ
kĩthuật hay phòng thí nghiệm, và cũng mởra cánh cửa sửdụng tia X để điều
khiển cấu trúc của các chất hoặc phát triển những
liệu pháp y sinh mới lạ.
Sựhình thành tinh thểthường dựa trên các lực hút giữa các nguyên tửhoặc
phân tử, khiến cho khám phá Northwestern hoàn toàn bất ngờ.
“Đây là một kết quảrất hấp dẫn và lạlùng”, phát biểu của Samuel I. Stupp,
tác giảchính của bài báo. “Các dây tóc tích điện nên người ta trông đợi chúng đẩy
nhau ra, chứkhông tổchức thành một tinh thể. Mặc dù chúng đẩy nhau ra, nhưng
chúng tôi tin rằng hàng trăm nghìn sợi
dây tóc trong các bó bịbẫy lại bên trong một mạng lưới và hình thành nên
một tinh thể để trởnên bền hơn”.
Việc khám phá ra những tinh thểmới trên là điều may mắn. Một buổi sáng
rất sớm tại Phòng thí nghiệm quốc gia Argonne, các thành viên thuộcđội nghiên
cứu của Stupp đã chiếu bức xạtia X synchrotron vào một dung dịch sợi nano
peptide mà họ đang nghiên cứu. (Peptide là
những phân tửtổng hợp nhỏcó thểdùng để tạo ra những chất liệu mới) Các
nhà nghiên cứu nhìn thấy dung dịch chuyển từtrong sang vẩnđục.
“Có một sựbiếnđổi kịch tính ởcách thức các dây tóc làm tán xạbức xạ”,
phát biểu của tác giảthứnhất Honggang Cui, một nghiên cứu sinh hậu tiến sĩ ở
phòng thí nghiệm của Stupp.
“Tia X biến một cấu trúc mất trật tựthành cái có trật tự- một tinh thể”.
Tia X làm tăng điện tích của các dây tóc, và do đó làm tăng lựcđẩy tĩnh điện
chi phối sựkết tinh – một chồng dây tóc hình lục giác. Bịbẫy trong một mạng ba
chiều, các dây tóc tích điện bó lại không có khảnăng thoát ra khỏi nhau. Các tinh
thểbiến mất khi tắt tia X đi, và chất liệu
không bịphá hoại gì đáng kểbởi bức xạtia X.
Là
một hệquảcủa lựcđẩy, các dây tóc nằm cách xa nhau, với khoảng cách ch
ừng 320 angstrom giữa các sợi. Đặcđiểm kì lạnày không tìm thấyởnhững tinh
thểbình thường trong đó các phân tửcách nhau chưa tới 5 angstrom.
“Có những đại dương nước bên trong tinh thểtrên”, Stupp nói. “Hơn 99%
cấu trúc là nước", Stupp nói. Các nhà nghiên cứu còn quan sát thấy khi nồng độ dây
tóc tích điện trong dung dịch cao hơn, thì những tinh thểgiống nhưvậy hình thành
tựphát mà không cần chiếu tia X
vào chúng.
Phát hiện những hành tinh ngoại
nóng hơn cảngôi sao mẹ
Một hành tinh khổng lồvới mậtđộ của bọt Styro là một trong những
cụm hành tinh ngoại mới do kính thiên văn Kepler của NASA phát hiện ra.
Những hành tinh này quá nóng để thích hợp cho sựsống mà chúng ta biết,
mặc dù những khám phá trên, được thực hiện trong vài tuần hoạtđộng đầu
tiên của chiếc kính thiên văn mới, cho thấy Kepler đang ởtrên lộtrình đúng
đi tìm những người anh em của Trái đất, các nhà nghiên cứu cho biết như
vậy.
Có hơn 400 hành tinh đã được tìm thấy hiệnđang quay xung quanh những
ngôi sao khác, nhưng những hành tinh cỡTrái đất – có lẽlà những nơi thích
hợp nhất cho sựsống – vẫn còn hay lảng tránh.
Kính thiên văn Kepler đang quay trên quỹ đạo của NASA được thiết kế để
tìm kiếm chúng. Nó đã và đang chăm chú dõi theo 100.000 ngôi sao kểtừtháng 4
năm 2009, tìm kiếm những dấu hiệu lu mờtrong ánh sáng sao tạo ra khi các hành
tinh đi qua phía trước ngôi sao mẹcủa
chúng. Trong sáu tuần quan sát đầu tiên của nó, Kepler đã tìm thấy năm
hành tinh mới. Tất cả đều là những hành tinh khổng lồ- bốn hành tinh nặng hơn
Mộc tinh và một hành tinh nặng cỡchừng Hải vương tinh. Chúng đều quay xung
quanh ngôi sao mẹcủa chúng quá gần nên bề
mặt của chúng còn nóng hơn cảdung nham nóng chảy. “Nhìn vào chúng
giống nhưnhìn vào một lò luyện kim đang hừng hực lửa”, theo lời nhà nghiên cứu
chỉ đạo William Borucki, ngườiđã trình bày các kết quảtrẻn vào hôm thứhai rồi
tại một cuộc họp của Hội Thiên văn học
Hoa Kì ởthủ đô Washington.
Nóng và loãng
Những hành tinh mới tìm thấyđều kém đậmđặc hơn so với trông đợi dựa
trên các mô hình hình thành các hành tinh khổng lồtừchất khí.
Một hành tinh, tên gọi là Kepler 7b, đậmđặc cỡpolystyrene. Nó rộng cỡ1,5
lần Mộc tinh, nhưng chỉ đặc cỡmột phần mười, khiến nó là một trong những hành
tinh bịkhuếch tán nhất từng được tìm thấy từtrướcđến nay.
Người ta cho rằng nhiệt là nguyên do gây ra sựsưng phù này, nhưng cơchế
nóng lên vẫn chưađược hiểu rõ – nó có thểlà bức xạsao, sựkéo giật từphía ngôi
sao, hoặc là cái gì đó khác.
“Chúng tôi nghĩ đây là thứcần phải làm với thực tếlà tất cảchúng đều rất
gần với ngôi sao mẹcủa chúng... nhưng chúng tôi chưa tìm thấy nguyên
do’, theo lời thành viên đội nghiên cứu, Dimitar Sasselov thuộc Trung tâm Vật lí
thiên văn Harvard-Smithsonian ởCambridge,
Massachusetts.
Nóng hơn cảngôi sao mẹcủa chúng
Các bứcảnh chụp của Kepler cũng cho thấy hai vật thểcòn nóng hơn cảngôi
sao mẹcủa chúng, với nhiệtđộ chừng 10.000o
C. Những nhiệtđộ này cho thấy các vật thểtrên là những ngôi sao đã co lại
gọi là sao lùn trắng. Sao lùn trắng thường lớn cỡbằng Trái đất, nhưng các quan sát
của Kepler cho thấy những vật thểtrên lớn hơn nhiều – vào cỡkích thước của Mộc
tinh.
Một lời giải thích khảdĩlà những vật thểtrên là sao lùn trắng đã mất phần
lớn khối lượng của chúng ngay từsớm, làm giảmđi sựkéo giật hấp dẫn
giữcho các ngôi sao co lại, theo lời Ronald Gilliland thuộc Viện Khoa học Kính
thiên văn vũtrụ ở Baltimore,Maryland.