Nước lỏng được xem là điều kiện thiết yếu cho sự sống. Tuy nhiên, thật đáng ngạc nhiên là các điều kiện ổn định thuận lợi cho sự sống có thể tồn tại ở rất xa bất kỳ ngôi sao nào. Một nhóm nghiên cứu từ Excellence Cluster ORIGINS tại LMU và Viện Vật lý Ngoài Trái Đất Max Planck (MPE) đã chỉ ra rằng các vệ tinh quay quanh các hành tinh trôi nổi tự do có thể giữ cho các đại dương nước của chúng ở trạng thái lỏng trong thời gian lên tới 4,3 tỷ năm nhờ bầu khí quyển hydro dày đặc và sự nung nóng thủy triều - tức là gần như lâu bằng thời gian Trái Đất đã tồn tại và đủ lâu để sự sống phức tạp phát triển.
Các hệ hành tinh thường hình thành trong những điều kiện không ổn định. Nếu các hành tinh trẻ tiến quá gần nhau, chúng có thể hất văng nhau ra khỏi quỹ đạo. Điều này tạo ra các hành tinh trôi nổi tự do (free-floating planet, viết tắt là FFP) lang thang trong thiên hà mà không có sao chủ. Một nghiên cứu trước đó của nhà vật lý tại LMU là Tiến sĩ Giulia Roccetti đã cho thấy các hành tinh khí khổng lồ bị hất văng theo cách này không nhất thiết phải mất toàn bộ các vệ tinh của chúng trong quá trình đó. Nghiên cứu mới được công bố trên Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.
Sự nung nóng thủy triều giữ cho đại dương ở trạng thái lỏng
Tuy nhiên, quá trình bị hất văng có làm thay đổi quỹ đạo của các vệ tinh. Quỹ đạo của chúng trở thành elip dẹt, khiến khoảng cách tới hành tinh luôn thay đổi. Các lực triều sinh ra từ đó sẽ làm biến dạng vệ tinh một cách nhịp nhàng, nén phần bên trong của nó và tạo ra nhiệt thông qua ma sát. Sự nung nóng thủy triều này có thể đủ để duy trì các đại dương nước lỏng trên bề mặt, ngay cả khi không có năng lượng từ một ngôi sao và trong cái lạnh của không gian liên sao.
Hydro như một “bẫy nhiệt” ổn định
Bầu khí quyển quyết định liệu lượng nhiệt này có được giữ lại trên bề mặt hay không. Trên Trái Đất, carbon dioxide (CO2) đóng vai trò như một khí nhà kính hiệu quả. Các nghiên cứu trước đây đã chứng minh rằng carbon dioxide có thể ổn định các điều kiện thuận lợi cho sự sống trên các vệ tinh ngoài hệ trong khoảng thời gian lên tới 1,6 tỷ năm. Tuy nhiên, dưới nhiệt độ cực thấp của các hệ hành tinh trôi nổi tự do, carbon dioxide sẽ ngưng tụ, khiến bầu khí quyển mất đi hiệu ứng bảo vệ và cho phép nhiệt thoát ra ngoài.
Vì vậy, nhóm nghiên cứu từ các lĩnh vực vật lý thiên văn, vật lý sinh học và hóa học thiên văn đã khảo sát các bầu khí quyển giàu hydro như những “bẫy nhiệt” thay thế. Mặc dù hydro phân tử phần lớn trong suốt đối với bức xạ hồng ngoại, nhưng một hiệu ứng vật lý quan trọng xuất hiện dưới áp suất cao: hấp thụ do va chạm. Trong quá trình này, các phân tử hydro va chạm với nhau tạo thành các phức hợp tạm thời có khả năng hấp thụ bức xạ nhiệt và giữ lại nó trong khí quyển. Đồng thời, hydro vẫn ổn định ngay cả ở nhiệt độ rất thấp.
Những điểm tương đồng với Trái Đất thời kỳ đầu
Các kết quả này cũng mang lại những manh mối mới về nguồn gốc của sự sống. “Sự hợp tác của chúng tôi với nhóm của Giáo sư Braun đã giúp chúng tôi nhận ra rằng cái nôi của sự sống không nhất thiết phải cần một ngôi sao,” David Dahlbüdding, nghiên cứu sinh tiến sĩ tại LMU và là tác giả chính của nghiên cứu, cho biết. “Chúng tôi phát hiện ra một mối liên hệ rõ ràng giữa những vệ tinh xa xôi này và Trái Đất thời kỳ đầu, nơi nồng độ hydro cao do các va chạm tiểu hành tinh có thể đã tạo ra những điều kiện thuận lợi cho sự sống.”
Các lực triều không chỉ có thể cung cấp nhiệt mà còn thúc đẩy các quá trình phát triển hóa học. Sự biến dạng theo chu kỳ tạo ra các chu trình ướt-khô cục bộ, trong đó nước bay hơi rồi lại ngưng tụ. Những chu trình như vậy được xem là một cơ chế quan trọng cho sự hình thành các phân tử phức tạp và có thể hỗ trợ những bước quan trọng trên con đường dẫn tới sự xuất hiện của sự sống.
Các vệ tinh có thể thích hợp cho sự sống trong không gian liên sao
Các hành tinh trôi nổi tự do được cho là khá phổ biến. Theo các ước tính, trong thiên hà Milky Way có thể có số lượng các hành tinh “du mục” như vậy nhiều ngang với số lượng các ngôi sao. Các vệ tinh của chúng có thể cung cấp môi trường sống ổn định trong thời gian dài. Vì vậy, các phát hiện mới này có thể mở rộng đáng kể phạm vi các môi trường có khả năng chứa sự sống, và cho thấy rằng sự sống có thể hình thành và tồn tại ngay cả trong những vùng tối nhất của thiên hà.
Tuấn Phong
Theo Phys.org
