Ảnh cận cảnh một mẫu vật hạt từ tiểu hành tinh Bennu. Nguồn: NASA/Scott Eckley

Một nghiên cứu mới cho thấy, ở quy mô cực kỳ nhỏ, các thành phần cấu tạo bên trong tiểu hành tinh Bennu không được trộn lẫn đồng đều. Thay vào đó, vật chất hữu cơ và khoáng chất được nhóm lại thành ba vùng hóa học khác nhau rõ rệt. Những phát hiện này giúp các nhà khoa học hiểu được nước lỏng đã từng làm thay đổi thành phần của tiểu hành tinh như thế nào theo thời gian.

Bennu được biết đến là một tiểu hành tinh chứa cacbon, nghĩa là nó giàu vật chất gốc cacbon, bao gồm cả các hợp chất hữu cơ. Những hợp chất này rất quan trọng vì chúng tương tự như các thành phần hóa học cần thiết cho sự sống. Bản thân tiểu hành tinh này được tạo thành từ các mảnh vỡ của một thiên thể mẹ lớn hơn nhiều đã vỡ ra từ rất lâu trước đây. Vì Bennu quay quanh Trái đất ở khoảng cách tương đối gần, nên nó đã trở thành mục tiêu chính của sứ mệnh OSIRIS-REx của NASA.

Những mẫu vật nguyên sơ từ hệ Mặt Trời sơ khai

Một trong những khía cạnh quý giá nhất của các mẫu vật từ Bennu là chúng vẫn còn nguyên vẹn, không bị ảnh hưởng bởi khí quyển và môi trường Trái Đất. Điều này khiến chúng đặc biệt hữu ích cho các nhà khoa học nghiên cứu điều kiện trong hệ Mặt Trời sơ khai. Bằng cách kiểm tra các mẫu vật này, các nhà nghiên cứu có thể thấy nước, khoáng chất và chất hữu cơ đã hình thành và tương tác như thế nào cách đây hàng tỷ năm.

Trong nghiên cứu này, Mehmet Yesiltas và nhóm của ông tập trung vào một mẫu cụ thể có nhãn OREX-800066-3. Vật liệu này được tàu vũ trụ OSIRIS-REx thu thập trực tiếp từ Bennu và đưa trở lại Trái đất vào tháng 9/2023. Vì mẫu được niêm phong và bảo vệ cẩn thận, nó cung cấp một bằng chứng quý hiếm và đáng tin cậy về thành phần hóa học ban đầu của Bennu.

Nghiên cứu Bennu ở cấp độ nano

Để nghiên cứu mẫu vật, các nhà nghiên cứu đã sử dụng các kỹ thuật tiên tiến gọi là quang phổ hồng ngoại nano và quang phổ Raman. Những phương pháp này cho phép các nhà khoa học xác định các hợp chất hóa học bằng cách đo lường sự tương tác của chúng với ánh sáng. Điều quan trọng là, họ có thể thực hiện điều này ở quy mô cực nhỏ, xuống đến khoảng 20 nanomet. Để so sánh, một nanomet bằng một phần tỷ mét, nhỏ hơn rất nhiều so với bất cứ thứ gì có thể nhìn thấy bằng mắt thường.

Mức độ chi tiết này cho thấy thành phần hóa học bên trong của Bennu không đồng nhất. Thay vào đó, vật chất cấu tạo nên ba loại vùng hữu cơ-khoáng chất lặp đi lặp lại, mỗi vùng có thành phần riêng biệt.

Ba lĩnh vực hóa học riêng biệt

Nghiên cứu đã xác định ba loại vùng chính trong mẫu. Một loại chứa hàm lượng cao các hợp chất hữu cơ béo, là những phân tử đơn giản dựa trên carbon được tạo thành từ chuỗi carbon và hydro. Một vùng khác giàu khoáng chất cacbonat, thường hình thành khi có nước và có thể cung cấp manh mối về môi trường nước trong quá khứ. Vùng thứ ba chứa các hợp chất hữu cơ bao gồm nitơ, một nguyên tố đóng vai trò quan trọng trong các phân tử sinh học như axit amin.

Những khác biệt này cho thấy thành phần hóa học của Bennu thay đổi đáng kể từ nơi này sang nơi khác, ngay cả ở quy mô cực nhỏ.

Tác động không đồng đều của nước lên Bennu

Sự phân bố không đồng đều của các vùng hóa học này cho thấy nước không tác động lên Bennu theo một cách duy nhất và đồng nhất. Thay vào đó, nước lỏng có thể đã tương tác với các phần khác nhau của tiểu hành tinh trong các điều kiện khác nhau, tạo ra một bức tranh chắp vá các môi trường hóa học. Quá trình này được gọi là tính không đồng nhất ở cấp độ nano, có nghĩa là thành phần thay đổi tùy thuộc vào vị trí cụ thể đang được nghiên cứu.

Mặc dù có lịch sử tương tác với nước, các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng các phân tử hữu cơ dễ bị phân hủy vẫn được bảo tồn. Đây là một khám phá quan trọng vì nó cho thấy các thành phần hóa học quan trọng có thể tồn tại ngay cả khi tiếp xúc với những thay đổi liên quan đến nước.

Những hiểu biết sâu sắc về nguồn gốc các thành phần của sự sống

Nhìn chung, những phát hiện này cung cấp cái nhìn sâu sắc mới về cách nước, khoáng chất và chất hữu cơ tương tác trên các tiểu hành tinh nguyên thủy như Bennu. Người ta cho rằng những tương tác này đã đóng vai trò quan trọng trong việc định hình Hệ Mặt trời sơ khai và có thể đã góp phần đưa các thành phần cấu tạo nên sự sống đến Trái đất.

Bằng cách nghiên cứu Bennu ở quy mô nhỏ như vậy, các nhà khoa học đang có được cái nhìn rõ ràng hơn về cách các phản ứng hóa học phức tạp phát triển trong không gian từ rất lâu trước khi các hành tinh như Trái đất hình thành hoàn chỉnh.