Buzz
Một nghiên cứu gần đây đã chỉ ra rằng có cách thức mới cho việc hình thành các hành tinh xung quanh một ngôi sao, điều này thách thức các lý thuyết trước đây.Sự bất ổn hấp dẫn
Trước hết, chúng ta hãy xem xét về đĩa tiền hành tinh (Protoplanetary Disk), một cấu trúc phức tạp bao quanh các ngôi sao trẻ. Đây chính là khởi nguồn của mọi quá trình, nơi khí và bụi từ sự sụp đổ của một tinh vân lớn bắt đầu tụ họp và quay quanh ngôi sao non trẻ, hình thành một đĩa phẳng chứa đựng vật chất phong phú.
Đĩa tiền hành tinh, với phần trung tâm là nơi hình thành ngôi sao, trong khi phần ngoài sẽ là nơi hình thành các hành tinh quay quanh.
Vậy đĩa tiền hành tinh phát triển như thế nào? Thông qua sự bất ổn định hấp dẫn.
Mô phỏng ý tưởng về bất ổn định hấp dẫn cho thấy vật chất sẽ bị co lại để hình thành các khối lớn hơn.
Khái niệm bất ổn định hấp dẫn (Gravitational Instability) trong thiên văn học giải thích cách mà một số khu vực trong đĩa này trở nên không ổn định do tác động của lực hấp dẫn. Khi điều này diễn ra, những vùng bất ổn định có thể nhanh chóng sụp đổ, kéo theo vật chất vào trong, hình thành các khối dày đặc. Những khối này có thể trở thành tiểu hành tinh, hoặc thậm chí là
Cách hình thành hành tinh
Quá trình hình thành hành tinh kéo dài hàng triệu đến hàng tỷ năm, khởi đầu từ một tinh vân khổng lồ chứa khí và bụi. Dưới tác động của lực hấp dẫn, những vùng dày đặc trong tinh vân sẽ sụp đổ, tạo nên đĩa tiền hành tinh. Bạn có thể tưởng tượng đĩa này giống như các vòng tròn quanh Sao Thổ, nhưng lớn hơn rất nhiều. Đĩa này chủ yếu chứa khí và bụi, trong khi ở trung tâm, vật chất sụp đổ mạnh mẽ hơn, dẫn đến sự hình thành một lõi nóng và dày đặc, cuối cùng trở thành một ngôi sao.
Hệ hành tinh bắt nguồn từ một tinh vân
Ở rìa bên ngoài của đĩa, phần vật chất còn lại dần nguội đi. Tuy nhiên, thay vì tích tụ từ từ như trong mô hình truyền thống, hiện tượng bất ổn định hấp dẫn có thể xảy ra, khiến các khu vực lớn của đĩa sụp đổ, nhanh chóng hình thành các khối đặc lớn hơn. Những khối này tiếp tục co rút và phát triển thành các hành tinh. Nếu khối đủ lớn, nó có thể thu hút thêm khí, trở thành hành tinh khí khổng lồ như Sao Mộc hoặc Sao Thổ. Sau hàng triệu năm, một hệ hành tinh hoàn chỉnh sẽ xuất hiện, quay quanh ngôi sao trung tâm.
Mô hình từ trong ra ngoài của Cassandra Hall
Một biến thể khác của lý thuyết này được phát triển bởi nhà thiên văn học Cassandra Hall tại Đại học Georgia, người đã xây dựng một mô hình giải thích cách các hạt đá nhỏ (cỡ từ vài mm đến vài cm) có thể nhanh chóng tích tụ để hình thành các hành tinh nhỏ, sau đó tiến đến hình thành các hành tinh lớn hơn, thay vì phải chờ đợi các đám khí bụi kết hợp lại thành hành tinh nhỏ như trong mô hình truyền thống.
Ngôi sao ở trung tâm của đĩa tiền hành tinh, giống như mắt bão
Mô hình của Hall cho rằng các hạt đá cuội dễ dàng bị hút vào các lõi hành tinh ban đầu, giúp quá trình tích tụ diễn ra nhanh chóng, đặc biệt trong trường hợp các hành tinh khí khổng lồ. Nhờ vậy, các hành tinh có thể hình thành trước khi lượng khí trong đĩa tiền hành tinh bị tiêu tan, điều mà mô hình truyền thống gặp khó khăn khi giải thích.
Tuy nhiên, có những tình huống mà ngôi sao lõi ở trung tâm lại quá xa lõi của các hành tinh đang hình thành, khiến cho việc bồi tụ lõi qua bất ổn định hấp dẫn trở nên khó khăn. Vậy làm thế nào để các hành tinh hình thành xung quanh ngôi sao đó?
Mô hình từ ngoài vào trong
Một phương pháp khác, cũng do Hall phát triển, là mô hình hình thành từ ngoài vào trong. Ông đã đề xuất phương pháp này vào những năm 80, và vào năm 2020, nhóm nghiên cứu đã thực hiện các mô phỏng để chứng minh tính khả thi của nó. Tuy nhiên, việc tìm kiếm bằng chứng thực tế để chứng minh mô hình này vẫn là một thách thức lớn mà nhóm nghiên cứu phải đối mặt.
Về cơ bản, phương pháp này tương tự như mô hình từ dưới lên, trong đó các tinh vân hình thành ngôi sao và vật chất còn lại tạo thành một đĩa quay quanh ngôi sao. Nhưng thay vì bắt đầu với các hạt bụi và tích tụ từ từ hoặc các đá nhỏ, phương pháp này cho rằng những vùng rộng lớn của đĩa tiền hành tinh trở nên bất ổn định, dẫn đến sự sụp đổ, co rút của các khu vực này, phân mảnh thành những khối vật chất khổng lồ.
Các khối vật chất này có kích thước từ hàng chục đến hàng trăm km, lớn hơn rất nhiều so với các tiểu hành tinh trong mô hình từ dưới lên. Những vùng mật độ cao khi gom đủ vật liệu có thể phát triển thành nhiều hành tinh hoặc một hành tinh rất lớn quay quanh ngôi sao ở trung tâm.
Ngôi sao AB Aurigae, với tuổi thọ hơn 4 triệu năm, là trung tâm của đĩa tiền hành tinh, phù hợp với mô hình hình thành từ ngoài vào trong.
Theo mô hình này, các hành tinh có thể hình thành chỉ trong vài trăm năm thay vì hàng triệu năm như mô hình trước. Đồng thời, cách này cũng giải thích lý do vì sao có nhiều hành tinh quay quanh một ngôi sao, giống như hệ mặt trời, so với mô hình từ dưới lên.
Hai mô hình này đã cạnh tranh trong nhiều thập kỷ, nhưng gần đây, mô hình từ trên xuống đã khẳng định được vị thế của mình nhờ vào những bằng chứng mới. Năm 2022, các nhà khoa học đã quan sát một hệ sao cách Trái Đất 508 năm ánh sáng với các điều kiện phù hợp cho mô hình này. Đĩa tiền hành tinh ở đây có khối lượng gấp 9 lần Sao Mộc và quay quanh ngôi sao AB Aurigae, với khoảng cách lên đến 8,6 tỷ km. Điều này mang lại hy vọng cho việc tìm kiếm thêm những bằng chứng để khẳng định tính khả thi của mô hình từ trên xuống.
Nguồn: NYTimes
