Một nhà thiên văn học tại NOIRLab (National Optical-Infrared Astronomy Research Laboratory – Phòng thí nghiệm Nghiên cứu Thiên văn Hồng ngoại quang học quốc gia) của NSF (National Science Foundation – Quỹ Khoa học quốc gia/Mỹ) đã hợp tác với một nhà địa chất của đại học Bang California, Fresno, để đưa ra những ước tính đầu tiên về các loại đá tồn tại trên các hành tinh chuyển động quanh những ngôi sao gần chúng ta. Sau khi nghiên cứu thành phần hóa học của các sao lùn trắng "ô nhiễm", họ đã kết luận rằng hầu hết các hành tinh đá này đa dạng và kỳ lạ hơn những gì người ta nghĩ trước đây, với những loại đá không được tìm thấy ở bất kỳ đâu trong Hệ Mặt Trời.
Các nhà thiên văn học đã phát hiện ra hàng nghìn hành tinh chuyển động quanh các ngôi sao trong thiên hà của chúng ta — được gọi là các ngoại hành tinh. Tuy nhiên, rất khó để biết chính xác những hành tinh này được tạo thành từ gì, hoặc liệu chúng có giống với Trái Đất hay không. Để cố gắng tìm hiểu, nhà thiên văn học Siyi Xu tại NOIRLab của NSF đã hợp tác với nhà địa chất học Keith Putirka thuộc đại học Bang California, Fresno, để nghiên cứu khí quyển của những thiên thể được gọi là sao lùn trắng bị ô nhiễm. Đây là những lõi sao đặc, kết quả từ sự sụp đổ của các sao tương tự Mặt Trời, chứa vật chất lạ vốn có nguồn gốc từ các hành tinh, tiểu hành tinh hoặc các vật thể đá khác từng chuyển động quanh nó mà sau đó rơi vào và làm "ô nhiễm" khí quyển của nó. Bằng cách tìm kiếm các nguyên tố không tồn tại tự nhiên trong khí quyển của sao lùn trắng (bất cứ thứ gì khác ngoài hydro và heli), các nhà khoa học có thể tìm ra những hành tinh từng bị rơi vào ngôi sao được làm bằng gì.
Putirka và Xu đã xem xét 23 sao lùn trắng ô nhiễm, tất cả đều cách Mặt Trời khoảng 650 năm ánh sáng, nơi canxi, silic, magiê và sắt đã được đo chính xác bằng cách sử dụng đài quan sát WM Keck ở Hawaii, kính Hubble, và các đài quan sát khác. Sau đó, các nhà khoa học sử dụng độ phong phú đo được của các nguyên tố đó để tái tạo lại các khoáng chất và đá sẽ hình thành từ chúng. Họ phát hiện ra rằng những sao lùn trắng này có thành phần phong phú hơn nhiều so với bất kỳ hành tinh nào bên trong Hệ Mặt Trời, điều này cho thấy các hành tinh của chúng có nhiều loại đá hơn các hành tinh trong Hệ Mặt Trời của chúng ta. Trên thực tế, có một số thành phần khác thường đến nỗi Putirka và Xu đã phải tạo ra những cái tên mới cho chúng (chẳng hạn như "thạch anh pyroxenites" và "periclase dunites").
Xu cho biết: “Trong khi một số ngoại hành tinh từng chuyển động quanh các sao lùn trắng ô nhiễm có vẻ tương tự như Trái Đất, hầu hết số còn lại đều có các loại đá kỳ lạ đối với chúng ta".
Putirka mô tả ý nghĩa mà những loại đá mới này có thể có đối với hành tinh đá mà chúng thuộc về: “Một số loại đá mà chúng tôi thấy từ dữ liệu sao lùn trắng sẽ hòa tan với nhiều nước hơn so với đá trên Trái Đất và có thể ảnh hưởng đến cách mà các đại dương phát triển. Một số loại đá có thể tan chảy ở nhiệt độ thấp hơn nhiều và tạo ra lớp vỏ dày hơn đá của Trái Đất và một số loại đá yếu hơn, điều này có thể tạo điều kiện cho sự phát triển của kiến tạo mảng".
Các nghiên cứu trước đây về sao lùn trắng bị ô nhiễm đã tìm thấy các nguyên tố từ các khối đá bao gồm canxi, nhôm và liti. Tuy nhiên, Putirka và Xu giải thích rằng đó là những nguyên tố phụ (thường chiếm một phần nhỏ trong thành phần cấu tạo của đá trên Trái Đất) và các phép đo của các nguyên tố chính (chiếm phần lớn thành phần), đặc biệt là silicon mới là cần thiết để thực sự biết được loại đá nào sẽ tồn tại trên các hành tinh đó.
Ngoài ra, Putirka và Xu nói rằng, mức độ cao của magiê và mức độ thấp của silic đo được trong khí quyển của các sao lùn trắng cho thấy rằng các mảnh vụn đá được phát hiện có thể đến từ bên trong các hành tinh — từ lớp phủ chứ không phải từ lớp vỏ của chúng. Một số nghiên cứu trước đây về sao lùn trắng ô nhiễm đã báo cáo các dấu hiệu cho thấy có lớp vỏ lục địa tồn tại trên các hành tinh đá từng chuyển động quanh sao lùn trắng đó, nhưng Putirka và Xu lại không tìm thấy bằng chứng về đá của lớp vỏ này. Tuy nhiên, các quan sát không loại trừ hoàn toàn khả năng các hành tinh đó có lớp vỏ lục địa hoặc các loại lớp vỏ khác. Putirka nói: "Chúng tôi tin rằng nếu đá của lớp vỏ có tồn tại, nhưng chúng tôi lại không thể tìm thấy nó, thì có thể là do nó xuất hiện với một lượng quá nhỏ so với khối lượng của các thành phần hành tinh khác, như lõi và lớp phủ".
Theo Xu, sự kết hợp giữa thiên văn học và địa chất học là chìa khóa để mở ra những bí mật ẩn chứa trong bầu khí quyển của các sao lùn trắng bị ô nhiễm. Bà nói: "Tôi gặp Keith Putirka tại một hội nghị và đã rất vui vì anh ấy có thể giúp tôi hiểu được các hệ sao mà tôi đang quan sát. Anh ấy dạy tôi về địa chất và tôi dạy anh ấy thiên văn học, và chúng tôi đã tìm ra cách để hiểu được những hệ ngoại hành tinh bí ẩn này".
Kết quả nghiên cứu của cặp đôi này được công bố trên Nature Communication vào ngày 2 tháng 11 năm 2021.
Minh Phương
Theo Phys.org
