Một thiên thạch màu hồng có biệt danh Curious Marie cho thấy một nguyên tố rất không ổn định, curium, đã có mặt trong hệ mặt trời đầu tiên.
Cận cảnh một mẫu thiên thạch, cho thấy sự bao gồm vật liệu chịu lửa giống như gốm (màu hồng). Các vùi chịu lửa là loại đá lâu đời nhất được biết đến trong hệ mặt trời (4,5 tỷ năm tuổi). Một phân tích về tỷ lệ đồng vị urani cho thấy một đồng vị curium tồn tại lâu đời đã có mặt sớm trong hệ mặt trời khi sự bao gồm này được hình thành. Nhìn bên dưới để thấy toàn bộ thiên thạch. Hình ảnh thông qua Origins Lab, Đại học Chicago.
Các nhà nghiên cứu đã tìm thấy bằng chứng cho thấy curium - một nguyên tố nặng không ổn định hiếm gặp - đã có mặt trong quá trình hình thành sớm của hệ mặt trời của chúng ta. Mặc dù curium từ lâu đã bị phân rã thành một dạng uranium, các dấu hiệu về sự hiện diện của nó vẫn còn trong một bao gồm gốm màu hồng có biệt danh Tò mò Marie, một sự tôn vinh dành cho Marie Curie mà người được đặt tên là nguyên tố. Khám phá này sẽ giúp các nhà khoa học tinh chỉnh các mô hình của họ về cách các nguyên tố được rèn trong các ngôi sao và siêu tân tinh, và hiểu rõ hơn về sự tiến hóa hóa học của thiên hà.
Các nhà khoa học đã công bố khám phá của họ vào ngày 4 tháng 3 năm 2016, phiên bản của Tiến bộ khoa học. François Tissot thuộc Viện Công nghệ Massachusetts, tác giả chính của nghiên cứu, nói trong một tuyên bố:
Curium là một yếu tố khó nắm bắt. Đây là một trong những nguyên tố nặng nhất được biết đến, tuy nhiên nó không xảy ra một cách tự nhiên vì tất cả các đồng vị của nó đều phóng xạ và phân rã nhanh chóng theo thang thời gian địa chất.
Nicolas Dauphas thuộc Đại học Chicago, đồng tác giả của bài báo, đã thêm vào cùng một tuyên bố:
Sự hiện diện có thể có của curium trong hệ mặt trời ban đầu từ lâu đã gây hứng thú cho các nhà vũ trụ học, bởi vì họ thường có thể sử dụng các nguyên tố phóng xạ làm đồng hồ bấm giờ để xác định tuổi của các thiên thạch và hành tinh.
Francois Tissot, trong phòng thí nghiệm sạch sẽ, cầm một cốc có chứa vật liệu chịu lửa hòa tan trong axit mạnh. Hình ảnh qua Francois Tissot.
Các nhà khoa học lần đầu tiên phát hiện ra chất curium khi bằng cách tạo ra nó một cách nhân tạo trong phòng thí nghiệm vào năm 1944. Họ đã tìm thấy nó như một sản phẩm phụ của vụ nổ hạt nhân. Ngày nay, curium chủ yếu được tạo ra cho mục đích nghiên cứu và nó được sử dụng trong các thiết bị quang phổ kế tia X trong một số nhiệm vụ của NASA tới Sao Hỏa.
Trong 35 năm qua, có một số cuộc tranh luận về việc liệu curium, một trong những nguyên tố nặng được tạo ra bởi siêu tân tinh, có mặt trong hệ mặt trời đầu tiên hay không. Cho đến hiện tại, việc tìm kiếm bằng chứng gián tiếp về chất curium trong thiên thạch đã mang lại kết quả không thuyết phục.
Vũ trụ sơ khai chủ yếu là hydro và heli ngưng tụ để tạo thành các thiên hà. Trong các thiên hà, nhiều yếu tố nặng được tạo ra trong phần bên trong của các ngôi sao. Các nguyên tố nặng nhất được hình thành trong vụ nổ của những ngôi sao rất lớn, được gọi là siêu tân tinh.
Tất cả các nguyên tố được phân tán thành các đám mây khí mà sau đó sẽ ngưng tụ để tạo thành một thế hệ sao khác. Chu trình sau đó sẽ lặp lại để tạo ra một thế hệ thứ ba. Với mỗi thế hệ kế tiếp, các ngôi sao trở nên giàu có hơn trong các yếu tố nặng. Các ngôi sao thế hệ thứ ba, như mặt trời của chúng ta, có nhiều yếu tố nặng hơn, được cho là có nhiều khả năng hình thành các hệ hành tinh.
Một nguyên tố được xác định bởi số lượng proton trong hạt nhân của nó, được gọi là số nguyên tử. Đồng vị là một nguyên tố có thể có số lượng neutron khác nhau trong hạt nhân. Một số đồng vị không ổn định và trải qua quá trình phân rã phóng xạ. Chẳng hạn, curium-247, với 96 proton và 151 neutron trong hạt nhân, phân rã thành uranium-235 có 92 proton và 143 neutron.
Vụ nổ siêu tân tinh tạo ra các nguyên tố nặng như uranium và curium. Hầu hết uranium được tạo ra theo cách này là ở dạng uranium-238, với lượng uranium-235 nhỏ hơn. Đồng vị Curium rất không ổn định. Ngay cả đồng vị kém bền nhất của nó, curium-247, chỉ tồn tại trong vài triệu năm. Kết quả là, tất cả curium-247 xuất hiện tự nhiên trong hệ mặt trời của chúng ta từ lâu đã bị phân rã thành uranium-235.
Các mô hình mô tả việc tạo ra các nguyên tố nặng dự đoán lượng curium dồi dào.
Do đó, trong các thiên thạch có hàm lượng uranium trung bình hoặc cao, uranium-235 được tạo ra từ sự phân rã curium sẽ xảy ra với số lượng nhỏ như vậy bị mất trong tiếng ồn của Uranium-235 được tạo ra trong siêu tân tinh.
Kể từ khi curium-247 phân rã trong vài triệu năm, chỉ những vật liệu ngưng tụ từ các đám mây khí và bụi trong giai đoạn đầu tiên của sự hình thành hệ mặt trời có khả năng chứa curium. Do đó, những gì các nhà nghiên cứu cần là các thiên thạch với lượng uranium dồi dào, có các vùi rất cũ. Trong số các mẫu vật đó, họ có thể tìm thấy các vùi đã từng chứa curium-247 mà giờ đây có hàm lượng uranium-235 cao hơn đáng kể.
Với sự giúp đỡ của Lawrence Grossman từ Đại học Chicago, cũng là đồng tác giả trên giấy, nhóm nghiên cứu đã xem qua một số thiên thạch nổi tiếng lâu đời nhất, được gọi là thiên thạch carbon, có tuổi khoảng 4,5 tỷ năm. Những thiên thạch này còn được gọi là CAI vì các vùi chứa nhiều canxi và nhôm là một trong những vật liệu rắn đầu tiên hình thành trong hệ mặt trời sơ khai. CAI cũng được biết đến là có mức độ uranium thấp.
Hình ảnh màu sai này cho thấy một mặt cắt ngang của thiên thạch Allende, rộng khoảng một phần trăm inch (0,5 mm). Nó được tiêu với các vùi có hóa học giống như gốm. Canxi được thể hiện bằng màu đỏ, nhôm màu xanh lam và magiê màu xanh lá cây. Các thể vùi này chứa một đồng vị của curium-247 có chu kỳ bán rã 15 triệu năm. Bằng chứng về curium đã được tìm thấy do sự gia tăng đáng kể của uranium-235 được sản xuất từ sự phân rã của curium-247. Curium được tạo ra cùng với các nguyên tố nặng khác trong siêu tân tinh. Hình ảnh qua François L.H. Tissot.
Nhóm nghiên cứu đã tìm thấy những gì họ đang tìm kiếm trong một mẫu thiên thạch có sự bao gồm gốm màu hồng mà họ có biệt danh Tò mò Marie. Tissot nói:
Chính trong mẫu này, chúng tôi đã có thể giải quyết vượt quá mức chưa từng thấy là 235U. Tất cả các mẫu tự nhiên đều có thành phần đồng vị tương tự của urani, nhưng uranium trong Curious Marie có thêm sáu phần trăm 235U, một phát hiện chỉ có thể được giải thích bằng 247Cm sống trong hệ mặt trời đầu tiên.
Với dữ liệu từ Tò mò Marie Bao gồm thiên thạch, nhóm nghiên cứu đã tính toán để xác định lượng curium có trong hệ mặt trời ban đầu. Khi so sánh kết quả với số lượng đồng vị phóng xạ khác, iốt-129 và plutoni-244, họ đã xác định rằng các đồng vị này có thể được tạo ra bởi một quá trình duy nhất trong các ngôi sao.
Dauphin thêm:
Điều này đặc biệt quan trọng bởi vì nó chỉ ra rằng khi các thế hệ sao liên tiếp chết đi và đẩy các nguyên tố mà chúng tạo ra vào thiên hà, các nguyên tố nặng nhất được tạo ra cùng nhau, trong khi công việc trước đây cho rằng đây không phải là trường hợp.
Toàn bộ mẫu thiên thạch, với sự bao gồm gốm (màu hồng). Thiên thạch có chiều ngang 0,59 inch (1,5 cm). Hình ảnh thông qua Origins Lab, Đại học Chicago.
Dòng dưới cùng: Trong ngày 4 tháng 3 năm 2016, phiên bản của Tiến bộ khoa học, các nhà nghiên cứu từ MIT và Đại học Chicago báo cáo về bằng chứng cho thấy curium, một nguyên tố nặng không ổn định hiếm gặp, có mặt trong hệ mặt trời sơ khai. Bằng chứng xuất phát từ một phát hiện gián tiếp của chất curium trong một bao gồm gốm màu hồng có biệt danh Curious Marie.