Với đường kính xích đạo khoảng 143.000 km, Sao Mộc là hành tinh lớn nhất trong Hệ Mặt Trời, khối lượng của nó gấp 300 lần khối lượng của Trái Đất. Cơ chế hình thành những hành tinh khổng lồ như Sao Mộc đã là một chủ đề tranh luận sôi nổi trong nhiều thập kỷ. Giờ đây, các nhà vật lý thiên văn Thụy Sĩ đã đưa ra giải thích cho những câu đố trước đây về cách mà Sao Mộc đã hình thành cùng những kết quả đo mới về hành tinh này. Kết quả nghiên cứu đã được công bố trên Nature Astronomy.
"Chúng tôi có thể cho thấy rằng Sao Mộc đã lớn lên theo những pha khác nhau và riêng biệt," Julia Venturini ở Đại học Zurich giải thích.
"Đặc biệt thú vị là khối lượng và năng lượng của nó không tới từ cùng một loại thiên thể," Yann Alibert - tác giả thứ nhất của nghiên cứu đang làm việc tại PlanetS thuộc Trung tâm nghiên cứu quốc gia Thụy Sĩ - bổ sung thêm. Trước hết, phôi hành tinh nhanh chóng được bồi tụ bởi những viên sỏi có kích thước chỉ vài centimet và tạo thành một cái lõi trong khoảng 1 triệu năm đầu tiên. Hai triệu năm tiếp theo, nó được bổ sung thêm bởi sự bồi tụ chậm của những tảng đá lớn hơn với kích thước vài kilomet - được gọi là các vi thể hành tinh (planetesimal). Chúng va đập với hành tinh đang lớn lên với năng lượng lớn và giải phóng ra nhiệt.
"Trong giai đoạn đầu, các viên sỏi mang tới khối lượng," Alibert giải thích. "Trong pha thứ hai, các vi thể hành tinh cũng bổ sung thêm một ít khối lượng, nhưng quan trọng hơn là chúng mang tới năng lượng."
Sau ba triệu năm, Sao Mộc đã lớn thành một thiên thể nặng gấp 50 lần Trái Đất. Tiếp đó, pha hình thành thứ ba của nó bắt đầu bởi khí bồi tụ nhanh để cuối cùng trở thành hành tinh khí khổng lồ với khối lượng hơn 300 lần Trái Đất.
Chia đôi Hệ Mặt Trời
Mô hình mới về sự ra đời của Sao Mộc khớp với dữ liệu của các thiên thạch đã được công bố trong một hội nghị hồi năm ngoái ở Mỹ. Lúc đầu, Venturini và Yann Alibert đã thấy khó hiểu khi họ biết tới những kết quả đó. các phép đo thành phần thiên thạch cho thấy vào giai đoạn nguyên thủy của Hệ Mặt Trời, tinh vân Mặt Trời đã bị chia làm hai vùng trong vòng hai triệu năm đầu tiên. Như vậy có thể kết luận Sao Mộc đã hành động như một loại tường chắn giữa hai nửa này khi nó lớn tới khối lượng 20 tới 50 lần khối lượng Trái Đất. Trong giai đoạn đó, hành tinh đang hình thành này hẳn đã làm nhiễu loạn đĩa bụi, tạo ra sự vượt quá mật độ giam các viên sỏi phía ngoài quỹ đạo của nó. Nhờ đó, vật chất từ những vùng phía ngoài không thể trộn lẫn với vận chất các vùng phía trong cho tới khi hành tinh đạt tới khối lượng đủ để đưa những những tảng đá đó vào phía trong.
Venturini cho biết: "Làm thế nào mà mất những hai triệu năm để Sao Mộc tăng khối lượng từ 20 cho tới 50 lần Trái Đất? Như vậy có vẻ quá lâu. Đó là câu hỏi đã mang tới động lực cho chúng tôi thực hiện nghiên cứu này."
Giải thích cho sự lớn lên bị trì hoãn
Với những tính toán của mình, các nhà nghiên cứu đã cho thấy khoảng thời gian mà hành tinh trẻ cần tới để khối lượng tăng từ 15 tới 50 lần khối lượng Trái Đất chính xác là dài hơn nhiều so với những ước tính trước đây. Trong pha này, va chạm với những tảng đá có kích thước vài km mang lại năng lượng đủ lớn để làm nóng khí quyển của Sao Mộc trẻ và ngăn cản sự lạnh đi, co lại và bồi tụ thêm khí.
"Sỏi rất quan trong trong giai đoạn đầu tiên để tạo thành lõi một cách nhanh chóng, nhưng nhiệt có được nhờ những vi thể hành tinh rất cần thiết để để trì hoãn sự bồi tụ khí và như vậy nó khớp với thang thời gian được phát hiện ở các thiên thạch," nhóm nghiên cứu cho biết. Họ tin rằng kết quả này mang lại những yếu tố cốt yếu để giải quyết những vấn đề đã có từ lâu về sự hình thành của Sao Thiên Vương và Sao Hải Vương cũng như những ngoại hành tinh ở cùng khoảng khối lượng đó.
Vũ Quang
Theo Science Daily
