Sao Hỏa Được Tạo Như Thế Nào? Với Rất Ít Nguyên Tố, Dường Như Như Vậy

Một khoảng thời gian dài trước đây, một ngôi sao mà chúng ta gọi là Mặt Trời đã bắt đầu sáng lên. Nó không tiêu thụ hết vật liệu có sẵn trong đám mây thai nhi của nó; khí và bụi dư thừa xoay quanh nó như váy nhảy múa của một vũ công. Những phần còn lại của bụi bẩn bắt đầu tụ hợp ở một số điểm, tạo ra các vật thể đá lớn hơn. Sau hàng triệu năm, những phần còn lại trở thành tám hành tinh đã biết, với một vài mảnh nhỏ còn lại ở dải thiên hà và ở vùng Kuiper xa xôi.

Điều tương tự xảy ra xung quanh vô số ngôi sao khác, đa số lớn trong số đó được cho là có hành tinh. Những nhà thiên văn đang cố gắng tìm hiểu cách quá trình hình thành hành tinh diễn ra như thế nào và mất bao lâu, một phần bằng cách nghiên cứu lượng vật liệu tồn tại trong hành tinh hiện nay, và lượng cần phải có trong các đĩa bụi mà chúng được tạo ra. Nhưng sổ sách vũ trụ của họ không khớp.

Một bài báo nghiên cứu mới gợi ý rằng hành tinh có thể đang hình thành theo cách ngoài sức hiểu biết của chúng ta. Trong hệ thống sau hệ thống, hành tinh lớn hơn nhiều so với váy vũ trụ lớn nhất của vũ trụ. Điều này dường như không tuân theo toán học, hoặc ít nhất là lý do; hành tinh không nên lớn hơn vật liệu tạo nên chúng.

Những tác giả đằng sau bài báo mới quyết định so sánh khối lượng của hàng trăm hành tinh ngoại hành và đĩa chưa hình thành, nơi những hành tinh nhỏ đang được tạo ra. Họ so sánh các danh mục hành tinh và các đo lường đĩa được tổ chức bởi kính viễn vọng radio mạnh nhất thế giới và phát hiện rằng khối lượng của hành tinh lớn hơn nhiều so với khối lượng của đĩa.

Những tác giả đề xuất có thể xảy ra một trong hai điều: Có thể có vật liệu trong các đĩa mà chúng ta không thể nhìn thấy, hoặc đĩa somehow được bổ sung thêm chất liệu xây dựng hành tinh từ xa. Bất kỳ lựa chọn nào cũng sẽ thách thức mô hình hình thành hành tinh hiện tại.

Kính viễn vọng tốt nhất để nghiên cứu bụi và khí trong đĩa chưa hình thành là Khoảng Array Milimet và Submillimet ở Atacama (ALMA), một bầy anten radio ở cao nguyên sa mạc của Chile. Kính viễn vọng có một đặc điểm kỳ lạ: Nó có thể nhìn thấy các đối tượng lên đến khoảng một milimet, nhưng bất cứ thứ gì lớn hơn một viên sỏi đều thực sự không thể nhìn thấy. Có lẽ đó là lý do tại sao đĩa có vẻ nhỏ quá, theo nghiên cứu mới. Nếu hành tinh, hoặc ít nhất là nhân của hành tinh, đang hình thành sớm hơn chúng ta dự kiến, chúng có thể hiệu quả che giấu một số lượng khối lượng của đĩa khỏi tầm nhìn của ALMA.

“Nếu bạn tạo ra nhân hành tinh rất, rất nhanh chóng, trong thời gian dưới một triệu năm,” nói Carlo Manara, một nhà thiên văn tại Viện Viễn vọng Nam Châu Âu ở Garching, Đức, người dẫn dắt nghiên cứu, “bạn có thể đặt rất nhiều khối lượng ở đó, và bạn có thể tạo ra các khối xây dựng của hành tinh rất sớm.” Khối lượng có thể không bị mất; chúng ta chỉ có thể đang bỏ lỡ nó.

Trong nhiều năm, những nhà thiên văn đã tưởng tượng rằng hành tinh hình thành khi các đối tượng lớn va chạm, tan chảy và kết hợp lại thành một cái gì đó mới. Nhưng quá trình này mất rất nhiều thời gian. Chúng ta biết rằng Trái Đất đã mất vài triệu năm để hình thành, chẳng hạn như.

Nhưng những nhà thiên văn ngày càng nghĩ rằng việc xây dựng hành tinh trong khoảng một triệu năm là hợp lý, theo Konstantin Batygin, một nhà vật lý thiên văn tại Viện Công nghệ California nghiên cứu về hình thành hành tinh và không liên quan đến công việc mới.

“Đây không phải là một quá trình nhanh chóng một cách ngớ ngẩn. Đó không phải là kinh thánh. Nó không phải là bảy ngày, và không phải là sáu nghìn năm. Đó là một triệu năm,” ông nói. “Rất nhiều điều có thể xảy ra trong một triệu quỹ đạo.”

Một lý thuyết khá mới và được ưa chuộng gọi là lý thuyết tích lũy hạt cát cung cấp một cách. Trong lý thuyết này, nhiều hạt nhỏ và hạt bụi nhanh chóng kết tập vào các đối tượng lớn hơn, gợi ý rằng hành tinh có thể phát triển nhanh hơn khi chúng phát triển từng bậc nhỏ. Batygin nói rằng nhiều nghiên cứu về hình thành hành tinh đang hướng vào hướng này, và nghiên cứu mới của Manara chỉ ra cùng một hướng.

Ngoài ra, ngôi sao trẻ HL Tauri đã cung cấp bằng chứng gián tiếp mạnh mẽ rằng điều này có thể đang xảy ra. HL Tauri có một đĩa chưa hình thành được bao quanh bởi nhiều vòng tập trung đồng tâm. Nhiều nhà thiên văn nghĩ rằng những vòng đã được tạo ra bởi các hành tinh. Nếu đúng vậy, những hành tinh đó phải hình thành rất nhanh, vì ngôi sao có thể chỉ khoảng 100,000 tuổi.

“Điều này rất quan trọng, vì nó làm cho trường hợp về việc hình thành hành tinh sớm trở nên thuyết phục hơn nhiều,” Batygin nói.

Nhưng Manara không chắc chắn rằng quá trình xây dựng hành tinh nhanh chóng giải quyết vấn đề ban đầu. Anh ấy đưa ra một khả năng khác: Ngôi sao có thể thu hút vật liệu từ xa bên ngoài đĩa của chúng, hòa trộn thêm thành phần mới.

Một ngôi sao được hình thành bên trong một tinh vân phân tán được gọi là mây phân tử. Nhưng nó không sử dụng hết mọi thứ trong đám mây. Có khả năng một số phần còn lại tồn tại đủ lâu để hành tinh sử dụng chúng sau này. Hãy tưởng tượng việc làm mỳ tươi, từ từ thêm từng lượng nhỏ bột vào một trung ướt. Nếu đúng như vậy, tổng lượng vật liệu có sẵn để tạo ra hành tinh vượt quá số lượng mà ALMA, hoặc bất kỳ nhà thiên văn nào, sẽ thấy trong một bức ảnh chụp cụ thể.

Một lần nữa, HL Tauri là một ví dụ. Trong nghiên cứu được công bố vào năm ngoái, Hsi-Wei Yen tại ESO ở Garching và đồng nghiệp mô tả hai sợi khí cong nối với đĩa trung tâm của HL Tauri. Một trong những sợi dường như đang tràn về hướng chúng ta trên Trái Đất, và cái kia căng ra xa khỏi chúng ta. Tác giả không thể nói rõ liệu khí có đang tràn vào hay ra, nhưng sự hiện diện của nó gợi ý rằng cả hai kịch bản đều có thể xảy ra ít nhất là có khả năng.

Batygin nói ý tưởng gieo mây cũng hợp lý.

“Ngôi sao được hình thành trong các cụm; không phải như họ hình thành đơn độc. Nhưng đó là cách mà nhiều lý thuyết về hình thành hành tinh được thiết kế, với các ngôi sao được cô lập khỏi môi trường vũ trụ của chúng,” Batygin nói. “Nhưng nói chung, môi trường hình thành sao thực sự động đậy. Bạn có những ngôi sao trẻ, có trọng lượng lớn liên tục được hình thành và nổ thành siêu tân tinh. Có tất cả những điều này xảy ra.” Những môi trường động đậy cũng có thể giúp lọc bụi và khí vào các đĩa chưa hình thành hành tinh.

“Nếu vòng đĩa có thể giúp tái chế một số vật liệu này và đưa nó trở lại vào đĩa, điều đó sẽ nâng cao đáng kể quá trình hình thành hành tinh,” nói Ruobing Dong, một nhà thiên văn tại Đại học Victoria không liên quan đến công việc mới.

Nghiên cứu viên khác đã lập luận rằng vấn đề về khối lượng đĩa là một lỗi của phép đo. ALMA là một radio interferometer, có nghĩa là nó có nhiều đĩa radio hoạt động cùng nhau để quan sát các bước sóng ánh sáng rất dài. Điều này cho phép ALMA nhìn thấy các hạt nhỏ, như bụi quấn quanh một ngôi sao trẻ. Nhưng nhà thiên văn phải đưa ra một số giả định về quan sát của mình để tính toán khối lượng của một đối tượng. Có khả năng họ đang làm sai, và có nhiều bụi hơn so với những gì mắt của ALMA có thể nhìn thấy.

Manara nhận thức lập luận này, nhưng nói rằng ngay cả khi các đo lường bị lệch đáng kể, đó không đủ để giải thích sự không nhất quán. “Trong số hai khả năng mà chúng tôi đưa ra, tôi nghĩ rằng cuối cùng, ý tưởng thực sự có thể là sự thật ở cả hai,” ông nói. “Những điều quan trọng xảy ra rất sớm, và môi trường giúp đỡ.”

Chuyện gốc được tái in với sự cho phép từ Quanta Magazine, một tờ báo độc lập với biên tập thuộc Quần thể Simons, nhiệm vụ của nó là nâng cao sự hiểu biết của công chúng về khoa học bằng cách bao quát những phát triển nghiên cứu và xu hướng trong toán học cũng như các khoa học tự nhiên và sinh học.

Những câu chuyện tuyệt vời khác từ Mytour

• Bò cạp chết bò: cách kiến biến thành xác chết đi lang thang
• HÌNH ẢNH: Tác phẩm điêu khắc ... hay cơ quan người?
• Mới tham gia Snapchat? Đây là những gì bạn cần biết
• Công nghệ đã làm đảo lộn mọi thứ. Ai đang hình thành tương lai?
• Làm thế nào để xây cầu nổi trong 12 phút
• Khao khát thêm nhiều cuộc săn sàng sâu sắc về chủ đề yêu thích tiếp theo của bạn? Đăng ký nhận bản tin Backchannel