Phosphine (PH₃) gần đây đã gây ra nhiều xôn xao trong giới thiên văn học. Nguyên nhân chủ yếu là do sự phát hiện (vẫn đang được tranh luận sôi nổi) của nó trong khí quyển của Sao Kim. Trong khi cách duy nhất được biết đến để phosphine có thể hình thành trên các hành tinh đất đá như Sao Kim là thông qua một nguồn gốc sinh học nào đó, thì hợp chất này lại tương đối phổ biến trong các hành tinh khí khổng lồ và thậm chí cả các sao lùn nâu - những “ngôi sao thất bại” lớn hơn Sao Mộc nhưng không đủ khối lượng để bắt đầu quá trình tổng hợp hạt nhân hydro.
Trước đây, chúng ta chưa từng quan sát thấy phosphine trong khí quyển của sao lùn nâu thuộc các hệ sao khác, nhưng một bài báo khoa học mới từ một nhóm nghiên cứu đa quốc gia - hiện đang ở dạng bản in sơ bộ trên arXiv - đã sử dụng dữ liệu từ Kính thiên văn không gian James Webb (JWST) để phát hiện ra nó lần đầu tiên. Nhóm nghiên cứu cũng đồng thời nhận ra cơ chế khiến hợp chất này khó bị phát hiện đến vậy: chính là độ kim loại của vật thể.
Độ kim loại là một khái niệm rất phổ biến trong thiên văn học, nhưng lại trái ngược với cách hiểu thông thường về từ “kim loại”. Trong hóa học, “kim loại” là những nguyên tố có đặc điểm vật lý và hóa học nhất định. Tuy nhiên, trong thiên văn học, độ kim loại của một ngôi sao (hoặc sao lùn nâu) được định nghĩa là lượng các nguyên tố nặng hơn hydro và heli có mặt trong nó.
Các ngôi sao rất già thường có độ kim loại thấp, vì quá trình hình thành các nguyên tố nặng hơn heli trong bảng tuần hoàn đòi hỏi sự tồn tại và bùng nổ của thế hệ sao trước đó trong các vụ nổ supernova. Do đó, càng già, một ngôi sao thường có độ kim loại càng thấp. Mặt Trời của chúng ta có độ kim loại tương đối cao, nhưng vẫn có những ngôi sao và sao lùn nâu trong “đĩa dày” của thiên hà có tuổi đời lớn hơn nhiều và độ kim loại thấp hơn.
Nhóm nghiên cứu đã sử dụng thiết bị NIRSpec trên JWST để quan sát một trong những sao lùn nâu trong đĩa dày đó: sao Wolf 1130C. Khi họ phân tích phổ hấp thụ của vật thể này, họ phát hiện ra tín hiệu hấp thụ rõ ràng xung quanh bước sóng 4.3 µm - chính là nơi dự đoán có sự hiện diện của phosphine. Vậy tại sao trước đó chúng ta không phát hiện ra tín hiệu tương tự ở các sao lùn nâu khác?
Sao Mộc và Sao Thổ đều chứa lượng lớn phosphine - thực tế, hàm lượng phốt-pho trong hai hành tinh này được ước tính gấp từ 5 đến 16 lần mức trong Mặt Trời, vốn đã giàu kim loại. Chúng ta có thể thấy tín hiệu của phosphine rõ ràng là bởi vì trong tầng khí quyển cao của hai hành tinh này không tồn tại yếu tố gây nhiễu chính - đó là carbon dioxide (CO₂). CO₂ có các vạch hấp thụ rất mạnh ngay tại vị trí phổ mà phosphine xuất hiện, và có thể dễ dàng làm lu mờ tín hiệu yếu hơn từ hợp chất kém phổ biến hơn này. Trong Sao Mộc và Sao Thổ, tầng khí quyển phía trên không quá nóng, nên phần lớn carbon trong đó tồn tại dưới dạng methane (CH₄) thay vì CO₂. Methane có đặc trưng phổ khác, do đó không cản trở tín hiệu phosphine như carbon dioxide.
Tuy nhiên, với các sao lùn nâu như Wolf 1130C - được ước tính có khối lượng gấp 44 lần Sao Mộc - tầng khí quyển phía trên của chúng nóng hơn nhiều, một phần là do có một mức độ tổng hợp hạt nhân nhất định đang diễn ra trong lõi (thường là tổng hợp deuterium). Nhiệt độ tăng cao này cho phép hình thành carbon dioxide - ít nhất là ở những sao có độ kim loại cao. Tín hiệu phosphine trở nên rõ ràng trên Wolf 1130C chính vì sao lùn nâu này có độ kim loại thấp, tức là chỉ có một lượng rất nhỏ CO₂ so với các sao lùn nâu khác. Nói cách khác, không phải phosphine không tồn tại trong các sao lùn nâu, mà là tín hiệu của nó đã bị che lấp bởi tín hiệu mạnh hơn nhiều của CO₂ - một hợp chất phổ biến hơn.
Các nhà nghiên cứu còn tiến xa hơn một bước, chứng minh rằng phosphine không phải được truyền sang Wolf 1130C từ một trong hai ngôi sao đồng hành trong hệ ba sao của nó. Họ xác nhận rằng phosphine đã được tạo ra ngay bên trong sao lùn nâu và di chuyển lên tầng khí quyển bên ngoài, nơi nó có thể được phát hiện. Điều này cũng ngụ ý rằng các sao lùn nâu có độ kim loại thấp khác cũng nên có tín hiệu phosphine tương tự - một giả thuyết có thể kiểm chứng bằng các quan sát trong tương lai.
Phát hiện này có ý nghĩa rõ ràng trong việc tìm kiếm phosphine trên các thế giới khác. Dù không ai cho rằng phosphine trên các hành tinh khí khổng lồ hoặc sao lùn nâu là sản phẩm của sinh học, nhưng việc vạch hấp thụ của hợp chất này trùng lặp với một hợp chất rất phổ biến như CO₂, vốn không phải dấu hiệu sinh học, khiến cho việc sử dụng phosphine như một chỉ dấu sinh học trở nên khó khăn hơn nhiều. Việc Sao Kim có lượng CO₂ dồi dào trong khí quyển cũng làm phức tạp thêm các kết quả quan sát trước đó. Khi các nhà khoa học tiếp tục theo đuổi mục tiêu tìm kiếm những chỉ dấu sinh học mới và đáng tin cậy hơn, nghiên cứu này về phosphine nên được xem như lời cảnh báo để cân nhắc kỹ càng các dữ liệu, đảm bảo rằng họ thực sự đang thấy những gì mà họ nghĩ là mình đang thấy.
R.T
Theo Universetoday
