Tìm thấy kim cương trong thiên thạch khiến các nhà khoa học suy nghĩ nghiêm túc về cách chúng có thể xảy ra trong không gian. Khái niệm nghệ sĩ này cho thấy vô số kim cương bên cạnh một ngôi sao nóng. Hình ảnh của NASA / JPL-Caltech.
Các nhà khoa học tại Trung tâm nghiên cứu Ames của NASA ở Moffett Field, Calif cho biết, kim cương có thể rất hiếm trên Trái đất, nhưng rất phổ biến trong không gian - và mắt hồng ngoại siêu nhạy của Kính viễn vọng Không gian NASAs Spitzer là hoàn hảo để trinh sát chúng.
Sử dụng mô phỏng máy tính, các nhà nghiên cứu đã phát triển một chiến lược tìm kiếm kim cương trong không gian chỉ có kích thước nanomet (một phần tỷ mét). Những viên đá quý này nhỏ hơn khoảng 25.000 lần so với một hạt cát, quá nhỏ cho một chiếc nhẫn đính hôn. Nhưng các nhà thiên văn học tin rằng những hạt nhỏ bé này có thể cung cấp những hiểu biết có giá trị về cách các phân tử giàu carbon, nền tảng của sự sống trên Trái đất, phát triển trong vũ trụ.
Các nhà khoa học bắt đầu suy ngẫm nghiêm túc về sự hiện diện của kim cương trong không gian vào những năm 1980, khi các nghiên cứu về thiên thạch rơi xuống Trái đất cho thấy rất nhiều viên kim cương có kích thước nanomet nhỏ. Các nhà thiên văn xác định rằng 3 phần trăm của tất cả các carbon được tìm thấy trong thiên thạch đến dưới dạng nanodiza. Nếu thiên thạch là sự phản ánh hàm lượng bụi ngoài vũ trụ, thì các tính toán cho thấy chỉ một gram bụi và khí trong đám mây vũ trụ có thể chứa tới 10.000 nghìn tỷ nano.
"Câu hỏi mà chúng tôi luôn nhận được là, nếu các ống nano có nhiều trong không gian, tại sao chúng ta không thấy chúng thường xuyên hơn?" Charles Bauschlicher thuộc Trung tâm nghiên cứu Ames nói. Họ chỉ được phát hiện hai lần. "Sự thật là, chúng tôi chỉ không biết đủ về các đặc tính điện tử và hồng ngoại của chúng để phát hiện dấu vân tay của chúng."
Để giải quyết vấn đề nan giải này, Bauschlicher và nhóm nghiên cứu của ông đã sử dụng phần mềm máy tính để mô phỏng các điều kiện của môi trường liên sao - không gian giữa các ngôi sao - chứa đầy các nanodiza. Họ phát hiện ra rằng những viên kim cương không gian này tỏa sáng rực rỡ ở dải ánh sáng hồng ngoại 3,4 đến 3,5 micron và 6 đến 10 micron, trong đó Spitzer đặc biệt nhạy cảm.
Các nhà thiên văn học có thể nhìn thấy kim cương thiên thể bằng cách tìm kiếm "dấu vân tay hồng ngoại" độc đáo của họ. Khi ánh sáng từ một ngôi sao gần đó chiếu vào một phân tử, các liên kết của nó giãn ra, xoắn lại và uốn cong, tạo ra màu sắc đặc biệt của ánh sáng hồng ngoại. Giống như lăng kính phá vỡ ánh sáng trắng thành cầu vồng, dụng cụ quang phổ hồng ngoại Spitzers phá vỡ ánh sáng hồng ngoại thành các bộ phận cấu thành của nó, cho phép các nhà khoa học nhìn thấy chữ ký ánh sáng của từng phân tử.
Các thành viên trong nhóm nghi ngờ rằng có nhiều viên kim cương chưa được phát hiện trong không gian vì các nhà thiên văn học đã không tìm kiếm đúng nơi với các dụng cụ phù hợp. Kim cương được làm từ các nguyên tử carbon liên kết chặt chẽ, do đó, cần rất nhiều ánh sáng cực tím năng lượng cao để làm cho các liên kết kim cương bị uốn cong và di chuyển, tạo ra dấu vân tay hồng ngoại. Do đó, các nhà khoa học kết luận rằng nơi tốt nhất để nhìn thấy một viên kim cương không gian tỏa sáng là ngay bên cạnh một ngôi sao nóng.
Một khi các nhà thiên văn tìm ra nơi để tìm kiếm nanodiza, một bí ẩn khác là tìm ra cách chúng hình thành trong môi trường của không gian giữa các vì sao.
"Kim cương không gian được hình thành trong những điều kiện rất khác so với kim cương được hình thành trên Trái đất", Louis Allamandola, cũng của Ames nói.
Ông lưu ý rằng kim cương trên Trái đất hình thành dưới áp lực to lớn, sâu bên trong hành tinh, nơi nhiệt độ cũng rất cao. Tuy nhiên, kim cương không gian được tìm thấy trong các đám mây phân tử lạnh, nơi áp suất thấp hơn hàng tỷ lần và nhiệt độ dưới âm 240 độ C (âm 400 độ F).
Allamandola nói: "Bây giờ chúng ta đã biết nơi tìm kiếm các ống nano phát sáng, kính viễn vọng hồng ngoại như Spitzer có thể giúp chúng ta tìm hiểu thêm về cuộc sống của chúng trong không gian".
Bài viết của Bauschlichers về chủ đề này đã được chấp nhận để công bố trên Tạp chí Vật lý thiên văn. Allamandola là đồng tác giả của bài báo, cùng với Yufei Liu, Alessandra Ricca và Andrew L. Mattioda, cũng của Ames.
Phòng thí nghiệm Động cơ phản lực của NASAs, Pasadena, Calif., Quản lý sứ mệnh Kính viễn vọng Không gian Spitzer cho Ban Giám đốc Sứ mệnh Khoa học của NASAs, Washington. Hoạt động khoa học được tiến hành tại Trung tâm Khoa học Spitzer thuộc Viện Công nghệ California, cũng ở Pasadena. Caltech quản lý JPL cho NASA.