Sáng 16/7/1945, tại sa mạc Jornada del Muerto, gần Alamogordo, bang New Mexico, Mỹ tiến hành vụ thử hạt nhân Trinity. Vụ nổ đã làm nóng chảy cát sa mạc cùng nhiều vật liệu nhân tạo xung quanh, để lại trên mặt đất một lớp vật chất giống thủy tinh, sau này được gọi là trinitite, theo tên của vụ thử.
Trong nhiều thập kỷ, trinitite chủ yếu được nhắc đến như một “dấu tích vật chất” của vụ nổ hạt nhân đầu tiên. Tuy nhiên, với các nhà khoáng vật học, loại đá thủy tinh này còn giống một “hộp đen” lưu giữ khoảnh khắc vật chất bị đẩy vào trạng thái cực hạn: nhiệt độ rất cao, áp suất tăng đột ngột, rồi nguội đi trong thời gian rất ngắn.
Mới đây, nhóm nghiên cứu do nhà khoáng vật học Luca Bindi, Đại học Florence, Italy, dẫn đầu đã công bố phát hiện một tinh thể clathrate chưa từng được ghi nhận trước đây trong mẫu trinitite đỏ. Nghiên cứu được đăng trên tạp chí Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).
Trinitite hình thành khi sức nóng từ vụ nổ làm tan chảy cát sa mạc, đất đá và một số vật liệu nhân tạo tại khu vực thử nghiệm. Khi khối vật chất nóng chảy này nguội lại, nó tạo thành những mảnh thủy tinh có màu xanh nhạt, đỏ hoặc đen.
Phần lớn trinitite có màu xanh lục nhạt. Riêng trinitite đỏ hiếm hơn, được cho là chứa nhiều thành phần kim loại từ tháp thử nghiệm, dây cáp và các thiết bị đo đạc bị phá hủy trong vụ nổ. Những giọt kim loại nhỏ bị cuốn vào cát nóng chảy, sau đó nguội lại và bị “đóng băng” bên trong cấu trúc thủy tinh.
Chính biến thể màu đỏ này đã nhiều lần khiến giới khoa học chú ý. Năm 2021, các nhà nghiên cứu từng phát hiện trong trinitite đỏ một loại giả tinh thể giàu silic. Giả tinh thể là dạng vật chất có trật tự nguyên tử đặc biệt, không lặp lại đều đặn như tinh thể thông thường.
Phát hiện đó khiến nhóm của Bindi tiếp tục đặt câu hỏi: liệu bên trong trinitite đỏ còn ẩn giấu những cấu trúc lạ khác hay không?
“Chiếc lồng” nguyên tử trong đá hạt nhân
Khi phân tích mẫu trinitite đỏ sẫm bằng các kỹ thuật như kính hiển vi điện tử, phân tích vi đầu dò electron và nhiễu xạ tia X, các nhà khoa học phát hiện một lượng nhỏ tinh thể clathrate nằm trong giọt kim loại giàu đồng.
Clathrate là dạng cấu trúc tinh thể trong đó các nguyên tử sắp xếp thành một mạng lưới giống “chiếc lồng”, nhốt các nguyên tử khác bên trong. Trong mẫu trinitite đỏ, mạng lưới này chủ yếu gồm silic, trong khi các nguyên tử canxi nằm ở trung tâm cấu trúc; đồng và sắt cũng xuất hiện với lượng nhỏ.
Theo các nhà khoa học, đây là lần đầu tiên một clathrate được xác nhận về mặt tinh thể học như sản phẩm rắn của một vụ nổ hạt nhân. Điều khiến phát hiện này đặc biệt hơn là kiểu cấu trúc như vậy rất hiếm trong các hợp chất vô cơ tự nhiên.
Nói cách khác, vụ nổ đã tạo ra trong khoảnh khắc những điều kiện mà tự nhiên gần như không có sẵn trên bề mặt Trái Đất.
Dưới nhiệt độ và áp suất cực cao, các nguyên tử bị buộc phải “xếp chỗ” theo cách bất thường. Khi vật chất nguội đi nhanh chóng, cấu trúc lạ ấy được giữ lại trong mẫu trinitite như một vết tích của quá trình cực hạn.
Theo nhóm nghiên cứu, tinh thể clathrate mới phát hiện có thành phần gồm silic, canxi, đồng và một lượng nhỏ sắt. Nó có cấu trúc lập phương kiểu I, dạng cấu trúc thường được mô tả như một khung lồng ở cấp độ nguyên tử.
Các nhà khoa học cho rằng điều kiện hình thành của tinh thể này phản ánh trạng thái rất ngắn ngủi nhưng khắc nghiệt trong vụ nổ Trinity.
Nhiệt độ có thể vượt quá 1.500 độ C, trong khi áp suất tăng vọt trong thời gian ngắn. Chính sự kết hợp giữa nhiệt, áp suất, kim loại từ thiết bị thử nghiệm và cát sa mạc nóng chảy đã tạo ra môi trường hóa học đặc biệt.
Nếu được xác nhận, đây sẽ là một phương pháp hoàn toàn mới để khám phá bí ẩn lớn nhất của vũ trụ.
Theo nhóm nghiên cứu từ Mỹ, Anh và châu Âu, nếu hai hố đen va chạm trong một đám mây vật chất tối, các sóng hấp dẫn lan truyền khắp vũ trụ sẽ mang theo những đặc điểm riêng biệt của môi trường đó. Khi áp dụng mô hình này vào hàng chục lần phát hiện sóng hấp dẫn, họ đã tìm thấy một sự kiện tiềm năng phù hợp với giả thuyết.
"Sử dụng hố đen để tìm kiếm vật chất tối sẽ thật tuyệt vời", Nhà vật lý học Rodrigo Vicente từ Đại học Amsterdam, Hà Lan, nhận định. "Chúng ta sẽ có thể khảo sát vật chất tối ở những quy mô nhỏ hơn bao giờ hết".
Lý thuyết tương đối rộng của Einstein, công bố năm 1916, đã mô tả trọng lực là sự cong của không-thời gian và dự đoán sự tồn tại của sóng hấp dẫn. Tuy nhiên, phải đến năm 2015, những gợn sóng này mới được phát hiện trực tiếp, mở ra một kỷ nguyên mới trong thiên văn học.
Mỗi sự kiện sóng hấp dẫn mang theo thông tin quý giá về các vật thể tham gia, từ sự hợp nhất của các hố đen, sao neutron, cho đến những vật thể kỳ lạ hơn như lỗ sâu. Giờ đây, các nhà khoa học đặt câu hỏi liệu những tín hiệu này có thể giúp giải mã một bí ẩn khác: vật chất tối - loại vật chất vô hình chỉ tương tác với vật chất thường thông qua lực hấp dẫn.
Các nhà nghiên cứu đã phát triển một mô hình vật chất tối từ các hạt siêu nhẹ, có khả năng tạo thành trường và tương tác với môi trường cực đoan như gần hố đen.
Họ giả định rằng năng lượng quay của hố đen có thể ảnh hưởng đến các đám mây vật chất tối, và ngược lại, những đám mây này sẽ thay đổi động lực học của các hố đen khi chúng va chạm, để lại dấu vết trong sóng hấp dẫn.
Khi áp dụng mô hình này vào 28 phát hiện của mạng lưới quan sát sóng hấp dẫn LVK (LIGO, Virgo, KAGRA), 27 tín hiệu cho thấy các mẫu xuất phát từ chân không.
Tuy nhiên, sự kiện đặc biệt có tên GW190728, được phát hiện vào tháng 7/2019, lại cho thấy một mẫu phù hợp với việc một cặp hố đen hợp nhất trong đám mây vật chất tối dày đặc.
Mặc dù kết quả này rất thú vị, các nhà nghiên cứu nhấn mạnh cần thận trọng. "Độ ý nghĩa thống kê của điều này không đủ cao để khẳng định việc phát hiện ra vật chất tối, và cần thực hiện các kiểm tra thêm bởi các nhóm độc lập", Nhà vật lý học Josu Aurrekoetxea từ Viện Công nghệ Massachusetts (MIT) cho biết.
Ông cũng lưu ý rằng: "Nếu không có các mô hình sóng như của chúng tôi, chúng ta có thể đang phát hiện các vụ hợp nhất hố đen trong môi trường vật chất tối, nhưng lại phân loại chúng theo hệ thống là đã xảy ra trong chân không".
Vật chất tối vẫn là một bí ẩn lớn, với nhiều giả thuyết về bản chất của nó. Dù vậy, nghiên cứu này mở ra một hướng đi đầy hứa hẹn, cho phép các nhà khoa học sử dụng sóng hấp dẫn như một công cụ mới để vén màn bí mật về thành phần vô hình nhưng chiếm phần lớn vũ trụ của chúng ta.
Công ty công nghệ sinh học Colossal Biosciences vừa cho biết, họ đã ấp nở thành công 26 con gà con trong môi trường nhân tạo. Công ty này đang đặt ra tham vọng hồi sinh các loài chim khổng lồ như chim moa của của New Zealand.
Trứng được coi như "một cấu trúc vĩ đại của tạo hóa" khi là khởi đầu sự sống của tất cả sinh vật sống trên Trái Đất.
Vỏ trứng tự nhiên được cấu tạo chủ yếu từ canxi cacbonat sắp xếp theo cấu trúc tinh thể, thường chỉ dày không quá 0,4 mm và được bao phủ bởi hơn 17.000 lỗ nhỏ li ti, cho phép trao đổi khí với môi trường xung quanh, thải carbon dioxide ra ngoài và đưa oxy vào trong.
Bên trong trứng còn có một cặp màng trơn, đảm nhiệm chức năng bảo vệ gà con đang phát triển khỏi sự xâm nhập của vi khuẩn.
“Bay hơi là một phần quan trọng trong quá trình phát triển của trứng gà”, ông Chris Lambert, quản lý phần cứng và kỹ thuật của Colossal cho biết, “Mỗi ngày, trong trứng có một lượng nước chính xác cần thoát ra khỏi vỏ, vì vậy lớp màng này chỉ dày 20 micron, trong khi một sợi tóc người dày khoảng 100 micron".
Quả trứng mà Colossal phát minh ra có các lớp màng bên trong được làm từ silicon cực kỳ mỏng. Bản thân lớp vỏ chỉ tương đương khoảng hai phần ba một quả trứng - một cấu trúc bằng titan trông giống như chiếc cốcvà có hàng trăm lỗ hình lục giác để trao đổi khí.
Sau khi vài chục “quả trứng” titan được chế tạo, nhóm nghiên cứu thu thập trứng gà đã thụ tinh từ một trang trại gia cầm do công ty sở hữu và vận hành, rồi chuyển chúng đến phòng thí nghiệm.
Tại đó, các nhà khoa học nhẹ nhàng mở phần đầu quả trứng, chuyển lòng đỏ, lòng trắng và phôi nhỏ sang chiếc cốc trứng bằng titan, rồi đậy cốc bằng một nắp trong suốt. Khi được chuyển sang hệ thống này, các phôi đã được khoảng ba ngày sau thụ tinh, nghĩa là chúng còn 18 ngày trong chu kỳ ấp kéo dài ba tuần.
Trứng được đặt vào một máy ấp kiểm soát môi trường, được quan sát, ghi chép lại các mốc định kỳ để các nhà khoa học theo dõi quá trình phát triển bên trong.
Khi thời gian ấp kết thúc, những con gà con bắt đầu “mổ vỏ”, dùng mỏ phá lớp màng giống như cách một con gà con bình thường phá vỏ trứng.
Cuối cùng, 26 con gà con được chuyển về chính trang trại ở Texas nơi những quả trứng ban đầu được thu thập để theo dõi quá trình sinh trưởng của mình.
Trong nhiều thập kỷ trước, các nhà nghiên cứu từng sử dụng những công nghệ thô sơ hơn để tạo ra vỏ trứng trong suốt, giúp gà con nở ra từ màng nhựa hoặc túi nhựa. Những công nghệ như vậy hữu ích trong việc nghiên cứu quá trình phát triển của gà và rút ra các hiểu biết có thể áp dụng cho những loài động vật khác.
Việc ấp nở thành công những quả trứng nhân tạo có tiềm năng bảo vệ nhiều loài chim trong bối cảnh số lượng chim trên toàn cầu đang giảm mạnh do môi trường sống bị thu hẹp và nạn săn bắt bất hợp pháp.
Trứng nhân tạo cung cấp một môi trường an toàn, được kiểm soát chặt chẽ để hỗ trợ các phôi dễ bị tổn thương.
Ông Ben Lamm, Giám đốc điều hành Colossal cho biết công nghệ trứng nhân tạo tiềm năng mở rộng quy mô để tái tạo nhiều loài quý hiếm đã tuyệt chủng, trong đó có chim moa - loài chim khổng lồ không biết bay từng sống ở New Zealand cho đến khi bị con người săn bắt đến tuyệt chủng khoảng 600 năm trước.
Tuy nhiên, phần lớn số vàng này hiện nằm sâu bên trong hành tinh và nằm ngoài khả năng khai thác của con người.
Từ hàng nghìn năm nay, vàng luôn gắn liền với sự giàu có, quyền lực và thịnh vượng. Kim loại quý này xuất hiện trong trang sức, dự trữ quốc gia, linh kiện điện tử, thiết bị y tế và thậm chí cả các sứ mệnh không gian.
Đằng sau giá trị kinh tế đặc biệt ấy là một câu chuyện bắt nguồn từ những quá trình hình thành nguyên tố diễn ra trong vũ trụ.
Vàng không được tạo ra trên Trái Đất
Theo các nghiên cứu thiên văn hiện đại được công bố trên tạp chí Nature, vàng không hình thành trong lòng Trái Đất mà được tạo ra từ những sự kiện vật lý cực đoan trong vũ trụ.
Các nhà khoa học cho rằng phần lớn vàng được sinh ra trong các vụ nổ siêu tân tinh hoặc các sự kiện hợp nhất sao neutron. Đây là những môi trường có mật độ neutron và năng lượng đủ lớn để hình thành các nguyên tố nặng thông qua quá trình bắt neutron nhanh (r-process).
Sao neutron là tàn dư của những ngôi sao khối lượng lớn sau khi kết thúc vòng đời. Chúng có mật độ vật chất cực cao, đến mức một lượng vật chất rất nhỏ cũng có khối lượng khổng lồ.
Khi hai sao neutron va chạm và hợp nhất, một lượng lớn nguyên tố nặng như vàng, bạch kim và uranium có thể được tạo ra rồi phát tán vào không gian dưới dạng vật chất liên sao.
Các nhà nghiên cứu cho rằng vật liệu giàu kim loại nặng từ những sự kiện như vậy đã góp phần bổ sung vàng cho Trái Đất trong giai đoạn đầu hình thành của hành tinh.
"Cơn mưa vàng" trên Trái Đất sơ khai
Theo một số giả thuyết địa hóa học và thiên văn học, Trái Đất đã nhận thêm lượng lớn vật chất giàu kim loại trong giai đoạn được gọi là "bồi tụ muộn" (late accretion), diễn ra sau khi lõi hành tinh hình thành.
Một số ước tính cho rằng lượng vàng được bổ sung trong giai đoạn này có thể lên tới hàng tỷ tấn. Trong nhiều tài liệu phổ biến khoa học, con số khoảng 6 tỷ tấn vàng thường được nhắc tới như một cách hình dung quy mô của nguồn vật chất ngoài Trái Đất đã rơi xuống hành tinh.
Nếu lượng vàng đó phân bố đồng đều trên bề mặt, nó sẽ tạo thành một lớp vật chất đáng kể. Tuy nhiên, đây chỉ là phép so sánh mang tính lý thuyết nhằm minh họa quy mô của lượng vàng được ước tính.
Dù vậy, vàng vẫn là một trong những tài nguyên quý hiếm và có giá trị cao nhất hiện nay.
Kho báu khổng lồ đã biến đi đâu?
Các nhà khoa học cho rằng phần lớn lượng vàng của Trái Đất không nằm trong các mỏ vàng mà con người đang khai thác, mà đã chìm sâu vào bên trong hành tinh từ rất sớm.
Trong quá trình Trái Đất nóng chảy khi mới hình thành, vàng - vốn là nguyên tố có ái lực mạnh với sắt - có xu hướng đi xuống cùng kim loại nóng chảy và tập trung về phía lõi. Vì vậy, phần lớn trữ lượng vàng được cho là đang nằm sâu trong lõi Trái Đất.
Bên cạnh đó, các quá trình địa chất kéo dài hàng tỷ năm như kiến tạo mảng, hoạt động núi lửa và sự vận động của lớp manti cũng làm thay đổi sự phân bố của vàng trong lớp vỏ hành tinh.
Ngày nay, con người chỉ có thể khai thác phần rất nhỏ lượng vàng tập trung gần bề mặt hoặc trong các mỏ có điều kiện địa chất thuận lợi.
Các nghiên cứu địa chất tại Greenland và nhiều khu vực cổ khác trên thế giới cũng cho thấy vàng phân bố không đồng đều. Điều này giải thích vì sao một số khu vực sở hữu các mỏ vàng lớn, trong khi nhiều nơi gần như không có trữ lượng đáng kể.
Vì sao vàng vẫn đắt đỏ?
Mặc dù tổng lượng vàng tồn tại trên Trái Đất có thể rất lớn, phần lớn số vàng này nằm ở độ sâu mà công nghệ hiện nay chưa thể tiếp cận.
Nhiều nguồn vàng khác tồn tại với hàm lượng quá thấp hoặc nằm trong điều kiện địa chất khiến việc khai thác không hiệu quả về mặt kinh tế.
Theo các chuyên gia, giá trị của vàng không chỉ phụ thuộc vào tổng trữ lượng mà còn phụ thuộc vào khả năng tiếp cận, chi phí khai thác và nguồn cung thực tế trên thị trường.
Đó là lý do vàng vẫn duy trì giá trị cao trong suốt nhiều thế kỷ, bất chấp những tiến bộ đáng kể của công nghệ khai khoáng.
Không chỉ Trái Đất, nhiều thiên thể khác trong Hệ Mặt Trời cũng được cho là chứa lượng lớn kim loại quý. Một số tiểu hành tinh được ước tính có hàm lượng đáng kể các kim loại như vàng, bạch kim và nickel.
Tuy nhiên, việc khai thác tài nguyên ngoài không gian hiện vẫn đối mặt với nhiều rào cản về công nghệ, chi phí và điều kiện vận hành.
Vì vậy, trong tương lai gần, vàng trên Trái Đất vẫn sẽ là nguồn tài nguyên quý giá và tiếp tục đóng vai trò quan trọng đối với nền kinh tế toàn cầu.
