[비즈한국] Một trong những thứ không thể thiếu trong kỳ nghỉ hè nóng bức chính là rượu. Chúng ta thường gọi rượu là cồn (alcohol). Tuy nhiên, về mặt khoa học, cồn không chỉ bao gồm rượu. Ethanol có trong loại rượu chúng ta uống chỉ là một loại trong số rất nhiều loại cồn khác nhau. Có một câu đùa nổi tiếng trong giới khoa học rằng cấu trúc phân tử của ethanol trông giống như một chú cún đáng yêu. Chẳng phải người ta vẫn hay nói uống rượu vào là "hóa chó" đó sao?
Cồn là phân tử có nhóm -OH, tức nhóm hydroxyl, gắn vào carbon. Nói một cách dễ hiểu, tất cả các hợp chất hydrocacbon có chứa oxy đều được gọi chung là cồn. Methanol có trong nước làm mát động cơ ô tô cũng là một loại cồn. Hy vọng bạn đừng nhầm lẫn nó với loại rượu có chứa ethanol, vì methanol cực kỳ nguy hiểm.
Vậy con người bắt đầu uống rượu từ khi nào? Theo bằng chứng khảo cổ học, nhân loại đã gắn bó với rượu từ 10.000 năm trước Công nguyên. Thậm chí, có những nhà khảo cổ học cho rằng lý do dẫn đến sự khởi đầu của nông nghiệp chính là rượu. Họ lập luận rằng con người không phải làm nông rồi sau đó mới biết làm rượu, mà chính vì muốn uống rượu thường xuyên hơn nên mới bắt đầu canh tác nông nghiệp. Tuy nhiên, cũng có câu chuyện kể rằng rượu đã tồn tại từ trước cả loài người. Người ta thường gọi đó là "nguyên tửu", tương truyền rằng loài khỉ đã biết đến hương vị rượu khi tình cờ nhặt và ăn những loại trái cây rơi xuống đất hoặc trong các kẽ đá đã bị lên men tự nhiên.
Nhưng đáng kinh ngạc thay, nguồn gốc thực sự của rượu lại nằm ở nơi khác. Trước cả khi con người và loài khỉ xuất hiện, cồn đã tồn tại trong vũ trụ. Hầu hết hàng trăm đám mây phân tử điểm xuyết trên dải Ngân Hà đều chứa hơi men. Ngay cả trong những đám mây phân tử trôi dạt giữa thiên hà của chúng ta, cồn vẫn tồn tại. Biết đâu, thiên hà của chúng ta đã là một thế giới ngâm rượu từ hàng tỷ năm trước.
Không gian vũ trụ trông có vẻ trống rỗng, vô cùng vắng lặng và hư không. Hơn nữa, ở khắp nơi đều có những thiên thể phát ra lượng lớn tia X, tia gamma và tia cực tím. Ánh sáng năng lượng cao sẽ làm phân mảnh các phân tử lớn. Vì vậy, người ta từng nghĩ không gian vũ trụ là môi trường khắc nghiệt, nơi các phân tử phức tạp như cồn khó có thể tồn tại. Nhưng trái với suy nghĩ đó, các phân tử phức tạp vẫn kiên cường tồn tại trong không gian. Cho đến nay, có tới 270 loại phân tử hóa học đã được tìm thấy trong các tinh vân trôi dạt trong không gian vũ trụ!
Đặc biệt, một trong những nơi tạo ra nhiều hợp chất hữu cơ và polymer đa dạng chính là nơi các ngôi sao non trẻ ra đời. Đám mây phân tử nơi hình thành sao có nhiệt độ tương đối thấp và mật độ cao. Bụi tập trung ở đây với mật độ lớn, đóng vai trò là hạt nhân ngưng tụ giúp tăng kích thước cho các phân tử. Trong đám mây, các nguyên tử khí nhẹ như hydro, nitơ, oxy trôi nổi riêng lẻ. Bình thường chúng di chuyển rất nhanh, nhưng đôi khi chúng bám vào các hạt bụi rắn. Khi đó, tốc độ của các nguyên tử giảm xuống, và các nguyên tử khác nhau bắt đầu gặp gỡ và kết hợp trên bề mặt hạt bụi. Dù là những hạt bụi nhỏ đến mức không thể nhìn thấy bằng mắt thường, nhưng chúng lại trở thành sân khấu cho thuật giả kim vũ trụ, nơi các phân tử hóa học mới được sinh ra.
Kể từ khi các ăng-ten vô tuyến bắt đầu hướng về vũ trụ, trong suốt gần 50 năm qua, có một thành phần quan trọng nhất mà các nhà thiên văn học vẫn luôn truy tìm khi theo dõi các đám mây phân tử. Đó chính là axit amin. Axit amin là khối xây dựng quan trọng nhất của sự sống trên Trái đất. Axit amin là manh mối quan trọng cho thấy các sinh vật hữu cơ phức tạp có thể ra đời như thế nào và liệu có khả năng tồn tại sự sống khác bên ngoài Trái đất hay không.
Sự hiện diện của axit amin đã được xác nhận ngay cả trên các sao chổi bên ngoài Trái đất. Sứ mệnh Rosetta khi thám hiểm sao chổi 67P đã phát hiện ra glycine, một trong những axit amin đơn giản nhất cấu tạo nên sự sống trên Trái đất, bên trong lớp băng trên bề mặt của nó. Điều này mở ra một khả năng mới rằng các nguyên liệu tạo nên sự sống không nhất thiết phải được kết hợp trên Trái đất. Có lẽ các nguyên liệu vốn đã tồn tại bên ngoài Trái đất tình cờ bay đến đây và trở thành hạt giống của sự sống trên hành tinh chúng ta.
Giờ đây, tầm nhìn của các nhà thiên văn học đã vượt ra ngoài hệ mặt trời và hướng về dải Ngân Hà. Vậy trong vô số đám mây phân tử kia, liệu có nơi nào chứa axit amin không? Liệu lịch sử hình thành sự sống diễn ra trên Trái đất 4,5 tỷ năm trước có đang tái diễn ở một nơi nào đó khác?
Đáng tiếc là trong các tinh vân và đám mây phân tử ngoài hệ mặt trời, chúng ta vẫn chưa tìm thấy bằng chứng rõ ràng. Tuy nhiên, qua các cuộc thám hiểm liên tục, các nhà thiên văn học đã phát hiện ra một thành phần bất ngờ. Đó chính là cồn. Điển hình là đám mây khí G34.3 nằm cách xa 10.000 năm ánh sáng theo hướng chòm sao Thiên Ưng. Bên trong đám mây khí khổng lồ có kích thước gấp 1.000 lần hệ mặt trời của chúng ta, có tổng cộng 400 nghìn tỷ lít cồn tích tụ. Nếu con người trên Trái đất muốn uống hết số cồn này, mỗi người sẽ phải uống 170.000 lít cồn mỗi ngày trong vòng 1 tỷ năm. Đây quả là nơi lý tưởng cho những "bợm nhậu", nhưng tôi không khuyên bạn uống thử đâu, vì cồn ở đó phần lớn là methanol chứ không phải ethanol.
Một địa điểm đáng kinh ngạc chứa nhiều cồn đã được tìm thấy ở một nơi không ngờ tới: chính giữa trung tâm Ngân Hà. Vào những năm 1970, các nhà thiên văn học bắt đầu hành trình tìm kiếm dấu vết của axit amin trong đám mây khí có tên Sagittarius B2 trôi dạt ở trung tâm Ngân Hà. Đáng tiếc là axit amin mong đợi không được tìm thấy, nhưng một lượng lớn cồn đã được phát hiện. Nơi đây chứa nhiều thành phần khác nhau, bao gồm ethanol và methanol. Năm 2009, một lượng nhỏ ethyl formate cũng được tìm thấy tại đây. Điều thú vị là đây là hợp chất hóa học tạo nên hương thơm của các loại trái cây như quả mâm xôi. Nếu bạn có thể vươn lưỡi ra ở trung tâm Ngân Hà và nếm thử một ngụm, có lẽ bạn sẽ cảm nhận được hương vị rượu rum thoang thoảng mùi mâm xôi.
Đây là một phát hiện gây sốc. Tại trung tâm Ngân Hà, các ngôi sao nặng sinh sống với mật độ rất cao. Chúng sống ngắn ngủi và thường xuyên biến mất cùng các vụ nổ siêu tân tinh. Đồng thời, các ngôi sao mới liên tục được sinh ra một cách bùng nổ. Chúng phun ra một lượng lớn ánh sáng năng lượng cao như tia gamma vào trung tâm Ngân Hà. Trên thực tế, khi quan sát dải Ngân Hà bằng kính thiên văn tia gamma, chúng ta có thể thấy các bong bóng tia gamma lan tỏa tròn trịa ở trên và dưới, được cho là do các ngôi sao non trẻ bùng nổ mạnh mẽ tại đây. Hơn nữa, (dù hiện tại hoạt động đang yên ắng) tại trung tâm Ngân Hà còn có cả một hố đen với khối lượng gấp 4 triệu lần mặt trời, điều này cũng khiến trung tâm thiên hà trở thành môi trường năng lượng cao.
Như đã giải thích trước đó, các polymer lớn rất dễ bị tổn thương trước ánh sáng năng lượng cao và dễ dàng bị phân mảnh thành các phân tử nhỏ hơn. Tuy nhiên, việc phát hiện ra hàng loạt các hợp chất hữu cơ và phân tử phức tạp như vậy trong môi trường khắc nghiệt như trung tâm Ngân Hà cho thấy rằng chúng thực sự tồn tại rất phổ biến trên khắp vũ trụ. Trái với suy nghĩ cũ, những nguyên liệu cần thiết để tạo nên sự sống có lẽ không hề quý hiếm mà là những nguyên liệu phổ biến có thể dễ dàng tìm thấy ở bất cứ đâu trong vũ trụ.
Ethyl formate đặc biệt là một phát hiện đầy kích thích đối với các nhà thiên văn học đang tìm kiếm axit amin. Bởi vì chỉ cần thay thế một nguyên tử carbon bằng một nguyên tử nitơ tại đó, nó sẽ trở thành glycine - một trong những loại axit amin cơ bản. Mặc dù chưa tìm thấy axit amin thực thụ, nhưng sự tồn tại của một phân tử khá phức tạp như ethyl formate đồng nghĩa với việc hoàn toàn có khả năng glycine cũng tồn tại ở đó.
Gần đây hơn, một hợp chất khác đã được tìm thấy ở Sagittarius B2, thậm chí là một hợp chất mà nhiều người trong chúng ta từng chạm tay vào: đó là isopropanol, thành phần thường được dùng trong nước rửa tay hoặc chất khử trùng.
Nhờ vào kính thiên văn vô tuyến khổng lồ ALMA, giờ đây các nhà thiên văn học có thể quan sát Sagittarius B2 với tầm nhìn rộng hơn ngay cả với một kính thiên văn đơn lẻ. Trong số các thành phần mới được phát hiện ở đám mây Sagittarius B2 có isopropyl cyanide, một thành phần đôi khi được tìm thấy trên các thiên thạch rơi xuống Trái đất, là một phân tử tiêu biểu với các nguyên tử carbon không chỉ nối thẳng hàng mà còn kết nối theo dạng vòng. Ngoài ra, các thành phần như urê và N-methylformamide cũng đã được phát hiện.
Propanol, được phát hiện gần đây nhất, là một trong những phân tử cồn khá lớn với khối lượng phân tử hơn 60g/mol. Hợp chất này có các đồng phân cùng thành phần nguyên tử nhưng khác cấu trúc, và các nhà thiên văn học đã xác nhận rằng cả hai đồng phân này đều tồn tại cùng nhau. Đặc biệt, các đồng phân quang học giống như phân tử phản chiếu trong gương, giống mối quan hệ giữa bàn tay trái và bàn tay phải. Khối lượng phân tử giống hệt nhau và không có sự khác biệt lớn về mặt hóa học, chỉ khác nhau ở cấu trúc sắp xếp của phân tử. Vì vậy, để phân biệt hai loại này cần độ phân giải tần số cực kỳ nhạy. Nhờ vào "con mắt" khổng lồ và thiết bị quang phổ nhạy bén của ALMA mà quan sát đáng kinh ngạc này đã trở thành hiện thực.
Vì các phân tử đồng phân thực chất được tạo thành từ cùng các nguyên tử, nên đương nhiên ta có thể nghĩ rằng cả hai đều sẽ được tạo ra một cách ngẫu nhiên trong cùng điều kiện và môi trường. Việc phát hiện hai đồng phân của propanol trong đám mây khí Sagittarius B2 có thể coi là điều cực kỳ tự nhiên. Tuy nhiên, khi áp dụng vào sự sống trên Trái đất, vấn đề lại trở nên rối rắm. Không hiểu vì sao, sự sống trên Trái đất của chúng ta chỉ tiêu thụ một trong số các đồng phân đó. Điển hình là glucose, loại đường mà chúng ta thường dùng.
Glucose cũng có hai đồng phân quang học giống như hình ảnh phản chiếu trong gương. Trong đó, D-glucose tồn tại trong tự nhiên. Đây chính là loại đường mà chúng ta có thể ăn và tiêu hóa. Ngược lại, L-glucose với hình dáng đảo ngược lại không tồn tại trong tự nhiên. Nó chỉ có thể được tạo ra trong phòng thí nghiệm và dù chúng ta có ăn vào cũng không thể sử dụng làm chất dinh dưỡng. Axit amin và DNA được liên kết bởi cấu trúc xoắn kép cũng vậy. Nếu trong vũ trụ cả hai đồng phân có thể cùng tồn tại tự nhiên, tại sao các sinh vật trên Trái đất lại chỉ có thể tiêu thụ một trong hai? Phải chăng tính bất đối xứng này là đặc tính bắt buộc để trở thành sự sống? Ngay cả ở cấp độ phân tử, Trái đất và sự sống vẫn ẩn chứa nhiều nét quyến rũ khó lý giải.
Nếu biết rằng tinh vân trong vũ trụ là những "đám mây cồn" chứa đầy các loại rượu đa dạng và phong phú, bạn sẽ nhìn vũ trụ với một góc nhìn hoàn toàn khác. Dải Ngân Hà chảy dài trên bầu trời đêm tạo cảm giác như đang chiêm ngưỡng một "Poseokjeong" (đài phun nước bằng đá trong vườn cung điện Hàn Quốc) khổng lồ với những chén rượu trôi dọc theo dòng nước. Phải chăng thiên hà của chúng ta là một vại rượu khổng lồ, tỏa ra hương cồn nồng nàn và đang bị khuấy đảo nhanh chóng theo hình xoắn ốc? Nếu vậy, có lẽ chúng ta chỉ là bã rượu được tạo ra một cách vô tình ở một góc nhỏ trong quá trình lên men loại rượu đó. Được sinh ra từ bên trong một vại rượu khổng lồ, có lẽ việc chúng ta yêu thích rượu chính là định mệnh của vũ trụ.
Tác giả Ji Woong-bae là người yêu mèo và vũ trụ. Từ khi xem 'Galaxy Express 999' lúc còn nhỏ, ông đã nuôi ước mơ truyền tải vẻ đẹp của vũ trụ đến mọi người. Hiện ông đang nghiên cứu về sự tiến hóa thông qua tương tác giữa các thiên hà tại Trung tâm Nghiên cứu Tiến hóa Thiên hà và Phòng thí nghiệm Vũ trụ học cận kề thuộc Đại học Yonsei. Ông cũng tham gia các hoạt động truyền thông khoa học đa dạng như giảng dạy và viết sách. Các tác phẩm tiêu biểu bao gồm 'Đài thiên văn hẹn hò', 'Cả ngày nghĩ về vũ trụ', 'Sao, khoa học của ánh sáng'.