Hệ Mặt Trời của chúng ta hiếm tới mức nào? Đã khoảng 30 năm kể từ những khám phá đầu tiên về những hành tinh quanh các sao khác không phải Mặt Trời, chúng ta ta đã biết rằng các hệ hành tinh là phổ biến trong thiên hà. Tuy nhiên, phần nhiều trong số chúng khá là khác biệt với Hệ Mặt Trời mà ta vốn quen thuộc.
Các hành tinh trong Hệ Mặt Trời của chúng ta di chuyển quanh Mặt Trời theo một quỹ đạo gần như là tròn và ổn định, cho thấy rằng quỹ đạo đó đã không thay đổi gì mấy kể từ khoảnh khắc các hành tinh được hình thành. Nhưng nhiều hệ hành tinh với trung tâm là các ngôi sao khác đã phải trải qua một quá khứ vô cùng hỗn loạn.
Lịch sử tương đối êm đềm của Hệ Mặt Trời đã tạo điều kiện thuận lợi để sự sống sinh sôi nảy nở trên hành tinh của chúng ta. Trong nỗ lực tìm kiếm sự sống đến từ những thế giới xa lạ, mục tiêu có thể được thu hẹp nếu chúng ta có cách để xác định các hệ hành tinh tương tự cũng từng có quá khứ yên bình như thế.
Nhóm các nhà thiên văn học quốc tế của chúng tôi đã tìm ra cách giải quyết vấn đề này, trong một nghiên cứu mới được công bố trên tạp chí khoa học Nature Astronomy. Chúng tôi phát hiện ra rằng khoảng 20% đến 35% các ngôi sao giống như Mặt Trời ăn hành tinh của chúng, với con số chính xác được dự đoán ở mức 27%. Điều này cho thấy rằng có ít nhất một phần tư trong số những hệ hành tinh có quỹ đạo quay quanh các ngôi sao giống như Mặt Trời đã từng có một quá khứ đầy hỗn loạn và biến động.
Lịch sử hỗn loạn và những hệ sao kép
Các nhà thiên văn đã quan sát thấy một vài hệ ngoại hành tinh mà trong đó các hành tinh cỡ lớn hoặc trung bình đã có di chuyến rất đáng chú ý. Lực hấp dẫn từ những hành tinh di cư này có thể xáo trộn hay thậm chí làm mất ổn định quỹ đạo của những hành tinh khác.
Ở hầu hết những hệ hành tinh năng động, có nhiều khả năng là một số hành tinh đã rơi vào bên trong và bị nuốt chửng bởi sao chủ. Tuy nhiên, chúng ta không biết rằng những hệ hỗn loạn này liệu có phổ biến so với hệ yên tĩnh hơn của chúng ta, nơi mà những thiết kế có trật tự đã mở đường cho sự sống trên Trái Đất phát triển thịnh vượng.
Ngay cả với trang những thiết bị chính xác nhất hiện có cũng rất khó để giải quyết được bài toán này bằng cách nghiên cứu trực tiếp các hệ ngoại hành tinh. Thay vào đó, chúng tôi phân tích thành phần hóa học của các ngôi sao trong các hệ kép.
Hệ sao kép được tạo thành từ hai ngôi sao quay quanh quỹ đạo của nhau. Hai ngôi sao này thường được hình thành chung thời điểm và cấu tạo nên từ cùng các loại khí, nên chúng tôi cho rằng tập hợp các nguyên tố chứa bên trong chúng cũng giống nhau.
Nhưng nếu một hành tinh rơi vào một trong hai ngôi sao, nó sẽ vỡ vụn và bị hòa làm một với lớp ngoài của ngôi sao. Điều này có thể làm thay đổi thành phần hóa học của ngôi sao đó, và khiến nó chứa nhiều nguyên tố cấu thành nên các hành tinh đá – ví dụ như sắt.
Dấu vết của những hành tinh đá
Chúng tôi đã xem xét cấu tạo hóa học của 107 hệ sao kép bao gồm cả các ngôi sao giống như Mặt Trời, bằng cách phân tích quang phổ của chúng. Từ đó, chúng tôi có thể xác định những ngôi sao nào chứa nhiều vật chất đến từ hành tinh hơn so với đồng hành của chúng.
Chúng tôi cũng tìm thấy ba bằng chứng bổ sung cho giả thiết rằng sự khác biệt về cấu tạo hóa học giữa những cặp sao kép là đến từ quá trình tiêu thụ các hành tinh.
Đầu tiên, chúng tôi nhận thấy rằng những ngôi sao với lớp ngoài mỏng hơn thường chứa nhiều sắt hơn so với ngôi sao còn lại. Điều này khớp với hiện tượng ăn hành tinh, bởi nếu vật chất của hành tinh bị hòa tan trong một lớp vỏ ngoài mỏng hơn, thì thành phần hóa học của nó sẽ thay đổi càng rõ rệt.
Thứ hai là những ngôi sao giàu sắt và các nguyên tố hành tinh cũng chứa lượng liti (lithium) nhiều hơn so với sao đồng hành. Liti bị những ngôi sao đốt cháy rất nhanh chóng, nhưng chúng được bảo quản khá tốt bên trong các hành tinh. Vậy nên lượng liti cao bất thường đó phải xuất hiện sau khi ngôi sao đã hình thành, phù hợp với giả thiết rằng lượng liti ấy đến từ một hành tinh đã bị ngôi sao nuốt chửng.
Thứ ba, những ngôi sao ấy cũng chứa nhiều sắt hơn so với các ngôi sao tương tự trong thiên hà. Tuy nhiên, lượng carbon bên trong các sao này là giống nhau. Carbon là một nguyên tố dễ bay hơi, và chúng không có nhiều trong đá. Do đó, sự dồi dào về hóa học của các sao này là do đá, đến từ các hành tinh hoặc vật chất hành tinh.
Săn tìm Trái Đất 2.0
Những kết quả này là đại diện của một bước tiến mới trong vật lý thiên văn về sao và công cuộc khám phá ngoại hành tinh. Không chỉ khám phá ra rằng việc ăn hành tinh có thể làm thay đổi thành phần hóa học của các ngôi sao giống như Mặt Trời, mà nó còn cho thấy một phần đáng kể những hệ hành tinh của chúng đã từng trải qua một quá khứ đầy biến động, khác với Hệ Mặt Trời của chúng ta.
Cuối cùng, nghiên cứu này cũng mở ra cánh cửa về khả năng sử dụng các phương pháp phân tích hóa học để định vị những sao có nhiều điểm tương đồng với Hệ Mặt Trời tĩnh lặng của chúng ta. Có tới hàng triệu ngôi sao giống như Mặt Trời, nếu không có một phương pháp để hướng tới mục tiêu hứa hẹn nhất, công cuộc tìm kiếm Trái Đất 2.0 sẽ chẳng khác gì mò kim đáy bể.
Bài được dịch từ bản gốc của nhà nghiên cứu Lorenzo Spina - nghiên cứu sinh sau tiến sĩ tại Viện Vật lý thiên văn Quốc gia Italia, đăng ban đầu trên The Conversation.
Anh Vũ
Theo LiveScience
