สารประกอบฮีเลียมชนิดใหม่เปิดเผยความลับของแกนโลก

ที่อุณหภูมิและความดันสูง อะตอมของฮีเลียม (วงกลมสีแดง) จะเคลื่อนที่เข้าไปในช่องว่างระหว่างอะตอมของเหล็ก (วงกลมสีแดงที่มีจุดศูนย์กลางเป็นสีดำ) ในชิ้นโลหะของเหล็กบนแผนที่ฟังก์ชันการแปลตำแหน่งของอิเล็กตรอน (ที่มา: มหาวิทยาลัยเซ็นทรัล)

ฮีเลียมซึ่งรู้จักกันว่าเป็นหนึ่งในธาตุที่ "ดื้อต่อปฏิกิริยา" มากที่สุดในจักรวาล ยังถือเป็นธาตุที่มีปฏิกิริยาน้อยที่สุดในตารางธาตุอีกด้วย เช่นเดียวกับก๊าซมีตระกูลอื่นๆ ฮีเลียมไม่รับหรือสูญเสียอิเล็กตรอนได้ง่าย และโดยปกติแล้วจึงไม่เกิดสารประกอบทางเคมี อย่างไรก็ตาม ภายใต้ความกดดันที่สูงเป็นอย่างมาก ฮีเลียมสามารถโต้ตอบกับธาตุอื่นๆ ได้หลายชนิด เช่น ไนโตรเจน โซเดียม และเหล็ก

เพื่อสร้างสารประกอบใหม่นี้ นักฟิสิกส์จากมหาวิทยาลัยโตเกียว เคอิ ฮิโรเสะ และเพื่อนร่วมงานได้อัดเหล็กและฮีเลียมเข้าด้วยกันในห้องทั่งเพชร ซึ่งเป็นอุปกรณ์แรงดันสูงที่ทำให้ธาตุต่างๆ อยู่ภายใต้แรงกดดันที่มากกว่า 50,000 บรรยากาศที่อุณหภูมิสูงกว่า 1,000 องศาเซลเซียส กระบวนการบีบอัดนี้จะสร้างผลึกที่ประกอบด้วยทั้งเหล็กและฮีเลียม ซึ่งมีปริมาตรมากกว่าผลึกเหล็กบริสุทธิ์ที่ความดันเท่ากัน

นักวิทยาศาสตร์เชื่อว่าการเพิ่มขึ้นนี้เกิดจากไอออนของฮีเลียมที่สะสมอยู่ในช่องว่างระหว่างอะตอมของเหล็กในผลึก

แม้ว่าอะตอมของฮีเลียมจะมีปฏิกิริยาต่ำกว่าและไม่เกิดพันธะเคมีโดยตรงกับเหล็กแม้ภายใต้สภาวะที่รุนแรง แต่สารประกอบที่ "บรรจุ" อะตอมของฮีเลียมไว้ในผลึกเหล็กก็เป็น "เบาะแส" ที่จะช่วยอธิบายการสังเกตฮีเลียมที่แกนกลางของโลกได้ ดังนั้นอะตอมฮีเลียมส่วนใหญ่ของโลกจึงมีนิวตรอนอยู่สองตัว และเกิดขึ้นจากการสลายตัวของธาตุกัมมันตภาพรังสี เช่น ยูเรเนียม อย่างไรก็ตาม การปะทุของภูเขาไฟบางครั้งในมหาสมุทรจะปลดปล่อยอะตอมของฮีเลียมที่มีนิวตรอนเพียงตัวเดียว

อะตอมเหล่านี้ถูกสร้างขึ้นครั้งแรกไม่นานหลังจากบิ๊กแบง โลกได้ดูดซับฮีเลียม "ดั้งเดิม" นี้ไว้เมื่อดาวเคราะห์ก่อตัว การปลดปล่อยอะตอมฮีเลียมจากแมกมาบ่งชี้ว่าครั้งหนึ่งโลกเคยมีแหล่งกักเก็บฮีเลียมดั้งเดิม และสารประกอบใหม่บ่งชี้ว่าแกนของโลกที่อุดมไปด้วยเหล็กก็อาจมีธาตุนี้อยู่

นอกเหนือจากผลกระทบทางธรณีฟิสิกส์ที่สำคัญแล้ว ผลการค้นพบเหล่านี้อาจสามารถนำไปประยุกต์ใช้ในเคมีของก๊าซมีตระกูลได้กว้างขวางยิ่งขึ้น ตามที่นักวิทยาศาสตร์จากมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย (สหรัฐอเมริกา) Maosheng Miao กล่าวไว้ การก่อตัวของสารประกอบที่มีฮีเลียมและโลหะอื่นๆ สามารถเปิดความเข้าใจทางเคมีที่มนุษย์ไม่เคยคิดมาก่อน