Các nhà thiên văn học sử dụng tổ hợp kính quan sát bước sóng milimet/hạ-milimet ở sa mạc Atacama (ALMA) để tìm thấy một ngôi sao trẻ được bao quanh bởi một khối khí đáng kinh ngạc. Ngôi sao có tên 49 Ceti, 40 triệu năm tuổi và các lý thuyết thông thường về sự hình thành hành tinh dự đoán rằng khối khí lẽ ra biến mất khi ngôi sao vào tuổi đó. Lượng khí lớn một cách khó hiểu đòi hỏi phải xem xét lại hiểu biết của chúng ta về sự hình thành hành tinh.
Các hành tinh được hình thành trong các đĩa bụi khí gọi là các đĩa tiền hành tinh xung quanh những ngôi sao trẻ. Các hạt bụi tập hợp lại với nhau để tạo thành các hành tinh giống Trái đất hoặc trở thành lõi của các hành tinh lớn hơn bằng cách thu thập một lượng lớn khí từ đĩa để tạo thành các hành tinh khí khổng lồ giống như Sao Mộc. Theo các lý thuyết hiện nay, theo thời gian, khí trong đĩa được tích hợp vào các hành tinh hoặc bị thổi bay bởi áp suất bức xạ từ ngôi sao trung tâm. Cuối cùng, ngôi sao được bao quanh bởi các hành tinh và một đĩa vụn bụi. Đĩa bụi này được gọi là đĩa mảnh vụn, ngụ ý rằng quá trình hình thành hành tinh gần như đã kết thúc.
Những tiến bộ gần đây của kính thiên văn vô tuyến đã mang lại một sự bất ngờ trong lĩnh vực này. Các nhà thiên văn học đã phát hiện ra rằng một số đĩa mảnh vụn vẫn còn chứa một lượng khí. Nếu lượng khí này tồn tại lâu trong các đĩa đó thì những hạt giống hành tinh có thể có đủ thời gian và vật chất để tiến hóa thành các hành tinh khổng lồ như Sao Mộc. Do đó, khí trong một đĩa mảnh vụn có ảnh hưởng đến thành phần của hệ hành tinh mà nó tạo ra.
Nhà thiên văn Aya Higuchi thuộc Đài quan sát thiên văn quốc gia Nhật Bản (NAOJ) cho biết: "Chúng tôi đã tìm thấy carbon nguyên tử trong đĩa mảnh vụn xung quanh sao 49 Ceti nhờ hơn 100 giờ quan sát trên kính viễn vọng ASTE”. ASTE là kính thiên văn vô tuyến đường kính 10 m ở Chile do NAOJ vận hành. Ông cũng cho biết "Chúng tôi đã sử dụng ALMA để có được cái nhìn chi tiết hơn và điều đó mang đến cho chúng tôi sự ngạc nhiên thứ hai. Khí carbon xung quanh 49 Ceti hóa ra dồi dào gấp 10 lần so với ước tính trước đây của chúng tôi."
Nhờ độ phân giải cao của ALMA, lần đầu tiên nhóm nghiên cứu đã tiết lộ sự phân bố không gian của các nguyên tử carbon trong một đĩa mảnh vụn. Các nguyên tử carbon được phân bố rộng rãi hơn carbon monoxide (CO), phân tử phổ biến thứ hai xung quanh các sao trẻ (phân tử phổ biến nhất là hydro). Lượng nguyên tử carbon lớn đến mức nhóm nghiên cứu thậm chí còn phát hiện ra sóng vô tuyến bị mờ do một dạng carbon hiếm hơn, đó là 13C (đồng vị carbon 13). Đây là phát hiện đầu tiên về phát xạ dạng hiếm 13C ở tần số 492 GHz trong bất kỳ vật thể thiên văn nào mà thường thì nó ẩn sau phát xạ phổ biến hơn là 12C.
Higuchi cho biết "Khối lượng 13C chỉ bằng 1% của 12C, do đó việc phát hiện ra 13C trong đĩa mảnh vụn là điều hoàn toàn bất ngờ. Đó là bằng chứng rõ ràng rằng 49 Ceti có lượng khí lớn đáng ngạc nhiên"
Vậy nguồn gốc của khí là gì? Các nhà nghiên cứu đã đề xuất hai khả năng. Một là nó là khí còn sót lại trong quá trình phân tán ở giai đoạn cuối của quá trình hình thành hành tinh. Tuy nhiên, lượng khí xung quanh ngôi sao 49 Ceti tương đương với lượng khí xung quanh những ngôi sao trẻ hơn nhiều trong giai đoạn hành tinh đang hình thành. Không có mô hình lý thuyết nào để giải thích về cách mà một lượng khí lớn như vậy có thể tồn tại lâu như thế. Khả năng thứ hai là khí được giải phóng do va chạm của các vật thể nhỏ như sao chổi. Tuy nhiên, câu hỏi đặt ra là số lần va chạm cần thiết phải là bao nhiêu để xung quanh sao 49 Ceti có một lượng khí lớn đến như thế có thể phù hợp với các lý thuyết hiện đại. Các kết quả từ ALMA đòi hỏi chúng ta cần xem xét lại các mô hình hình thành hành tinh hiện nay.
Phạm Thị Lý
Theo Science Daily
