Manh mối mới về đồng vị ôxy khởi nguyên hệ mặt trời
Bài viết 1: Nguyên tố oxi
Bài viết 2: Tìm hiểu về nguyên tố oxi
Ôxy là nguyên tố nhiều nhất trên Trái Đất, chiếm tới gần một nửa
khối lượng của hành tinh. Trong số 3 đồng vị ổn định của ôxy,
đồng vị oxy 16 (hạt nhân chứa 8 nơtron) chiếm tới 99,762% tỉ lệ
ôxy trên Trái Đất, trong khi đồng vị ôxy 17 (9 nơtron trong hạt
nhân) chỉ chiếm 0,038%, đồng vị nặng nhất – đồng vị ôxy 18 (10
nơtron) chiếm 0,2%.
Nhưng các khoáng chất trong các vật thể nguyên thuỷ nhất thuộc Thái
Dương hệ, trong đó có thiên thạch có tên chondrite cacbon, lại chứa tỉ
lệ đồng vị ôxy tương đối khác so với Trái Đất. Có lẽ các đồng ôxy nặng
hiếm hơn đã từng tổn tại với tỉ lệ nhiều hơn vào giai đoạn đầu của hệ
mặt trời.
Musahid (Musa) Ahmed – nhà khoa học nghiên cứu đường vận động
phân tử thuộc ban khoa học hoá chất thuộc Phòng thí nghiệm Berkeley
– cho biết: “Đối với một nhà hoá học, câu hỏi đặt ra cho tỉ lệ đồng vị
ôxy là câu hỏi giúp chúng tôi hiểu được nguồn gốc của hệ mặt trời. Tại
sao tỉ lệ đồng vị ôxy trong thiên thạch lại khác biệt đáng kể so với tỉ lệ
trên trái đất –câu hỏi đã làm băn khoăn các nhà khoa học nhiều năm
qua”.
Rất nhiều mô hình đã
được thiết lập để giải thích sự khác biệt này thông qua các chu trình hoá
học, trong đó bao gồm cả giả thuyết cho rằng tỉ lệ đồng vị trong hệ mặt
trời của chúng ta là do chúng được sinh ra từ một ngôi sao kỳ lạ, hoặc
là ở nhiều ngôi sao khác nhau. Các mô hình thông qua quá trình hoá
học theo Ahmed là “không có tác dụng”, hay nói một cách thuyết phục
hơn: các quá trình hóa học trong tinh vật mặt trời bản thân nó đã làm
tăng tỉ lệ đồng vị ôxy. Một quá trình trong đó được gọi là “đồng vị tự
chắn”. Phân tử mang ôxy có nhiều nhất trong tinh vân mặt trời là
cacbon mono-ôxit, CO. Quá trình tự chắn được coi là chìa khóa giải
thích tỉ lệ lớn của ôxi tạo thành khi CO bị phân tách dưới ánh sáng cực
tím chân không, hay tia VUV. VUV có bước sóng vào khoảng 200 đến
10 nanomet.
Có thể quan sát thấy quá trình tự chắn trong các đám mây khí bụi trong
vũ trụ. Khi ánh sáng VUV mạnh từ một ngôi sao gần đó xâm nhập vào
đám mây, nó sẽ bẻ gãy cấu trúc phân tử CO thành nguyên tử cacbon và
ôxy. Các đồng vị khác nhau thì hấp thụ photon VUV với năng lượng
khác nhau, tuy nhiên ở gần rìa của đám mây các nguyên tử CO mang
đồng bị ôxy 16 có số lượng nhiều nhất sẽ hấp thụ các photon mà
đồng vị ôxi 16 hấp thụ được. Do đó đồng vị ôxy 16 được chắn sâu hơn
vào trong đám mây. Nhưng đồng vị ôxi 17 và 18 hấp thụ năng lượng
khác lại không được chắn. Lúc đó bên trong đám mây, các phân tử CO
mang đồng vị nặng hơn bị phân tách nhiều hơn nên giải phóng ra phân
tử ôxy nặng hơn.
Hoàn hoàn hợp lý nếu suy đoán rằng có một quá trình tương tự đã diễn
ra vào giai đoạn đầu của hệ mặt trời. Khi đó mặt trời nguyên thuỷ phát
ra tia VUV tác động lên CO nằm ở một vùng nóng gần đó, hoặc có thể
ở một vùng lạnh hơn phía xa. Liệu quá trình tự chắn VUV có thực sự
diễn ra dưới điều kiện như thế hay không? Nếu có thì tác động của nó
đối với tỉ lệ đồng vị ôxy như thế nào? Cho đến nay vẫn chưa hề có câu
trả lời, còn các giả thuyết cũng chưa hề được tiến hành kiểm định.
Ahmed cho biết: “Mark Thiemens thuộc Đại học California, San Diego
đã liên lạc với chúng tôi để sử dụng đường vận động phân tử 9.0.2
trong một thí nghiệm trực tiếp. Nguồn ánh sáng cao cấp (Advanced
Light Source – ALS) tạo ra photon VUV có thể được điều chỉnh chính
xác thành các mức năng lượng khác nhau để phân tách CO”.
Nhà hóa học vũ trụ Thiemens đã đi tìm lời giải đáp cho câu hỏi về đồng
vị ôxy trong hệ mặt trời hơn 30 năm nay. Ông là thành viên nhóm khoa
học của tàu vũ trụ Genesis đã mang mẫu vật trong gió mặt trời trở về.
Ông tin rằng con đường hệ mặt trời hình thành và phát triển không thể
suy ra từ việc tìm hiểu đặc tính hoá học vũ trụ của ôxy.