Phát hiện một đám mây bụi chứa lượng nước gấp 1.200 lần nước trên Trái đất gây chấn động

Các nhà khoa học đã quan sát thấy một ngôi sao trẻ, có tên là V883 Orionis, nằm cách chúng ta 1.300 năm ánh sáng bằng cách sử dụng Mảng kính thiên văn Atacama Large Millimeter/submilimet, hay ALMA, ở miền bắc Chile.

Ngôi sao được bao quanh bởi một đĩa đám mây khí và bụi hình thành hành tinh còn sót lại từ khi ngôi sao được sinh ra (gọi tắt là đĩa mây bụi). Cuối cùng, vật chất trong đĩa mây bụi kết hợp với nhau để tạo thành sao chổi, tiểu hành tinh và hành tinh. Tất nhiên quá trình này diễn ra trong hàng triệu năm.

Nhóm các nhà nghiên cứu đã sử dụng ALMA để đo các tín hiệu hóa học trong đĩa mây bụi hình thành hành tinh và họ đã phát hiện ra nước ở thể khí hoặc hơi nước. Phát hiện của họ cho phép các nhà thiên văn học theo dõi hành trình của nước từ các đám mây khí hình thành nên ngôi sao và cuối cùng sẽ tạo ra các hành tinh.

Phát hiện của họ, được công bố trên tạp chí Nature vào tháng 3, gợi ý rằng các sao chổi được hình thành từ đĩa mây bụi hình thành hành tinh của hệ Mặt trời có thể đã mang nước đến Trái đất. Điều đó có nghĩa là nước trên Trái đất thực sự có thể “già” hơn tuổi Mặt trời của chúng ta vốn có tuổi đời 4,6 tỉ năm tuổi.

John J. Tobin, nhà thiên văn học tại Đài quan sát thiên văn vô tuyến quốc gia, cho biết: “Giờ đây, chúng ta có thể truy tìm nguồn gốc của nước trong hệ Mặt trời trước khi Mặt trời của chúng ta hình thành. Thông thường, các phân tử nước được tạo thành từ một nguyên tử oxy kết hợp với hai nguyên tử hydro”. 

Nhóm nghiên cứu đã phân tích một biến thể gọi là nước nặng, được phát hiện trong đĩa của V883 Orionis? Phân tử nước nặng khác phân từ nước bình thường là một trong 2 nguyên tử hydro cấu thành phân tử được thay thế bằng một đồng vị nặng gọi là deuterium (đó là nguyên tử hidro mà hạt nhân gồm 1 proton và 1 neutron thay vì chỉ 1 proton như nguyên tử hidro bình thường). Cả nước mà chúng ta đã quen sử dụng và nước nặng đều hình thành trong các tình huống khác nhau. Do đó, tỷ lệ của chúng có thể được các nhà nghiên cứu sử dụng để theo dõi thời gian và địa điểm các phân tử nước hình thành.

Các nhà thiên văn học tin rằng sao chổi có thể là nguồn cung cấp nước cho Trái đất ngay từ buổi đầu lịch sử sau khi va chạm với hành tinh chúng ta vì một số sao chổi có tỷ lệ tương tự như nước trên Trái đất. Sao chổi là những thiên thể lớn được tạo thành từ bụi và băng quay quanh các ngôi sao.

Trong quá trình nghiên cứu về V883 Orionis, các nhà nghiên cứu đã nhận ra mối liên kết còn thiếu giữa các ngôi sao trẻ sinh ra từ các đám mây khí và bụi bao gồm các phân tử nước và các sao chổi cũng được tạo ra từ chính những đám mây đó xoay quanh các ngôi sao mới sinh đó.

Tobin khẳng định: “83 Orionis là mắt xích còn thiếu trong trường hợp này. Thành phần của nước trong đĩa mây bụi rất giống với thành phần của sao chổi trong hệ Mặt trời của chúng ta. Đây là sự xác nhận cho ý kiến cho rằng nước trong các hệ hành tinh được hình thành từ hàng tỉ năm trước, trước Mặt trời, trong không gian giữa các vì sao và được cả sao chổi và Trái đất kế thừa, hầu như không thay đổi”.

Phát hiện các phân tử nước trong đĩa mây bụi hành tinh có thể là một nhiệm vụ khó khăn. Margot Leemker, đồng tác giả và là một nghiên cứu sinh tiến sĩ tại Đài quan sát Leiden ở Hà Lan, cho biết: “Hầu hết nước trong các đĩa mây bụi hình thành hành tinh đều bị đóng thành băng, vì vậy nó thường bị che khuất khỏi tầm nhìn của chúng ta. Nước dạng khí dễ phát hiện hơn nước dạng đá vì các phân tử phát ra bức xạ khi chúng di chuyển”.

Tobin cho biết đĩa xung quanh V883 Orionis ấm bất thường do sự bùng nổ năng lượng từ ngôi sao tiền kiếp sau khi nổ tung, biến băng thành khí. Chính điều đó cho phép các nhà nghiên cứu phát hiện ra nó.

Nhóm nghiên cứu đã phát hiện lượng nước trong đĩa hình thành hành tinh ít nhất gấp 1.200 lần lượng nước trong các đại dương của Trái đất.

Các nhà thiên văn học háo hức sử dụng Kính viễn vọng Cực lớn hay ELT cũng như thiết bị thế hệ đầu tiên của Máy chụp ảnh và Quang phổ hồng ngoại trung bình ELT hay METIS, cho các loại quan sát này trong tương lai. ELT hiện đang được xây dựng ở Chile và dự kiến sẽ sẵn sàng vào năm 2028.

Leemker nói: “Điều này sẽ cho chúng ta cái nhìn đầy đủ hơn về băng và khí trong các đĩa mây bụi hình thành hành tinh.

Trước giờ, các tác giả nghiên cứu cho rằng từ 1 đến 50% lượng nước trên Trái Đất ngày nay đến từ giai đoạn đầu của sự ra đời của hệ Mặt trời. Ngoài ra, nước trong sao chổi và tiểu hành tinh cũng được thừa hưởng ngay từ đầu với số lượng lớn. Trái Đất có khả năng thừa hưởng nguồn nước ban đầu chủ yếu từ các hành tinh, chứ không phải từ các sao chổi đổ mưa trên đó. Từ đó có thể chia làm 2 nguồn: 

Nguồn ngoại hành tinh

Các sao chổi, các Thiên thể bên ngoài sao Hải Vương hoặc thiên thạch giàu nước (protoplanets) từ vành đai tiểu hành tinh va chạm với Trái đất có thể đã mang nước đến Trái đất. Các phép đo tỷ lệ của các đồng vị hydro là deuteri và proti chỉ ra rằng các tiểu hành tinh, có tỉ lệ tạp chất tương tự trong chondrit giàu cacbon đã được tìm thấy trong nước đại dương, trong khi đo lường trước đó nồng độ của các đồng vị trong sao chổi và các Thiên thể bên ngoài sao Hải Vương tương ứng với nước trên Trái Đất.

Nguồn nội hành tinh

Nguồn nội được coi là từ thành phần hóa học của vật chất vũ trụ khi tụ lại hình thành ra Trái Đất. Nước ở vành khí quyển khi vỏ rắn hình thành, nước thoát dần dần từ các khoáng chất hydrate của Trái Đất, nước thoát ra từ các vụ phun trào núi lửa, có thể đã hình thành một phần lượng nước hiện có. Khi Trái Đất càng nguội đi thì lượng nước ngưng tụ tạo ra các đại dương càng tăng lên.