Một nghiên cứu do Trung tâm Sinh học thiên văn (CAB), CSIC-INTA, đứng đầu, sử dụng các kỹ thuật mô hình hóa được phát triển tại Đại học Oxford, đã phát hiện một mức độ phong phú chưa từng có của các phân tử hữu cơ nhỏ trong vùng nhân bị bao phủ của một thiên hà lân cận, nhờ các quan sát được thực hiện bằng kính thiên văn không gian James Webb (JWST).
Công trình này, được công bố trên Nature Astronomy, cung cấp những hiểu biết mới về cách các phân tử hữu cơ phức tạp và carbon được xử lý trong một số môi trường khắc nghiệt nhất của vũ trụ.
Nghiên cứu tập trung vào IRAS 07251–0248, một thiên hà hồng ngoại siêu sáng có cái nhân bị che giấu phía sau một lượng lớn khí và bụi. Vật chất này hấp thụ phần lớn bức xạ phát ra từ lỗ đen siêu nặng trung tâm, khiến việc nghiên cứu bằng các kính thiên văn thông thường trở nên cực kỳ khó khăn.
Tuy nhiên, dải bước sóng hồng ngoại có thể xuyên qua bụi và cung cấp thông tin độc nhất về các vùng này, qua đó hé lộ các quá trình hóa học chi phối trong cái nhân cực kỳ giàu bụi này.
Nhóm nghiên cứu đã sử dụng các quan sát quang phổ từ JWST cho toàn bộ dải bước sóng từ 3 tới 28 micromet, kết hợp dữ liệu từ các thiết bị NIRSpec và MIRI. Những quan sát này cho phép phát hiện các dấu hiệu hóa học từ các phân tử ở pha khí, cũng như các đặc trưng từ băng và các hạt bụi.
Nhờ những dữ liệu này, các nhà nghiên cứu đã có thể đặc trưng hóa độ phong phú và nhiệt độ của nhiều thành phần hóa học trong cái nhân bị nhấn chìm giữa khí và bụi của thiên hà này.
Nhân thiên hà và hóa học hydrocarbon trong IRAS 07251–0248. Trái: Sơ đồ nhân, cho thấy một thành phần trung tâm rất nóng (đỏ sẫm), một lớp ấm với các phân tử ở pha khí (vàng cam), và một bao lạnh với các phân tử ở pha rắn (xám xanh). Phải: Minh họa khái niệm về cách các tia vũ trụ xử lý các hạt giàu carbon và các PAH, tạo ra hóa học giàu hydrocarbon được quan sát. Nguồn: García Bernete và cộng sự. Nature Astronomy, 2026.
Các quan sát cho thấy một danh mục cực kỳ phong phú các phân tử hữu cơ nhỏ, bao gồm benzen (C₆H₆), methane (CH₄), acetylene (C₂H₂), diacetylene (C₄H₂) và triacetylene (C₆H₂), và - lần đầu tiên được phát hiện bên ngoài thiên hà Milky Way - gốc methyl (CH₃). Bên cạnh các phân tử ở pha khí, một lượng lớn vật chất phân tử ở pha rắn cũng được tìm thấy, chẳng hạn như các hạt giàu carbon và băng nước.
“Chúng tôi phát hiện một mức độ phức tạp hóa học ngoài dự đoán, với độ phong phú cao hơn rất nhiều so với các mô hình lý thuyết hiện nay,” tác giả chính, Tiến sĩ Ismael García Bernete, trước đây thuộc Đại học Oxford và hiện là nhà nghiên cứu tại CAB, giải thích. “Điều này cho thấy phải tồn tại một nguồn carbon liên tục trong các nhân thiên hà này, nuôi dưỡng mạng lưới hóa học phong phú này.”
Những phân tử này có thể đóng vai trò then chốt như các khối xây dựng cơ bản cho hóa học hữu cơ phức tạp, vốn có ý nghĩa đối với các quá trình liên quan đến sự sống.
Đồng tác giả, Giáo sư Dimitra Rigopoulou (Khoa Vật lý, Đại học Oxford), bổ sung: “Mặc dù các phân tử hữu cơ nhỏ không được tìm thấy trong các tế bào sống, chúng có thể đóng vai trò sống còn trong hóa học tiền sinh học, đại diện cho một bước quan trọng hướng tới sự hình thành các axit amin và nucleotide.”
Những “nhà máy” phân tử hữu cơ trong vũ trụ
Phân tích này, liên quan đến các kỹ thuật và các mô hình hydrocarbon thơm đa vòng (PAH) lý thuyết do nhóm Oxford phát triển, cho thấy rằng hóa học được quan sát không thể được giải thích chỉ bằng nhiệt độ cao hay các chuyển động khí hỗn loạn.
Thay vào đó, các kết quả chỉ ra rằng các tia vũ trụ - phổ biến trong những nhân thiên hà cực đoan này - làm phân mảnh các PAH và các hạt bụi giàu carbon, giải phóng các phân tử hữu cơ nhỏ vào pha khí.
Nghiên cứu cũng phát hiện một mối tương quan rõ ràng giữa độ phong phú của các hydrocarbon và cường độ ion hóa do tia vũ trụ gây ra trong các thiên hà tương tự, qua đó ủng hộ kịch bản này. Những kết quả này cho thấy các nhân thiên hà bị che khuất sâu có thể hoạt động như những “nhà máy” sản xuất các phân tử hữu cơ, đóng vai trò then chốt trong tiến hóa hóa học của các thiên hà.
Công trình này mở ra những hướng nghiên cứu mới để tìm hiểu sự hình thành và xử lý các phân tử hữu cơ trong các môi trường không gian khắc nghiệt, đồng thời cho thấy tiềm năng to lớn của JWST trong việc khám phá những vùng của vũ trụ vốn đã bị che giấu cho đến nay.
Lyr
Theo Phys.org
