Phát hiện tiền chất tạo sự sống từ đĩa bụi quanh một ngôi sao mới ra đời

Dù phát hiện này mới ở mức sơ bộ, nó mở ra cánh cửa cho thấy sự sống phức tạp có thể khởi nguồn từ hóa học vũ trụ — không chỉ trước khi hành tinh hình thành, mà còn từ giai đoạn trước cả khi ngôi sao ra đời.

Cơ thể chúng ta là tàn dư từ một ngôi sao

Nhà hóa học thiên văn Kamber Schwarz thuộc Viện Thiên văn Max Planck (MPIA), Đức, giải thích: “Kết quả của chúng tôi cho thấy các đĩa tiền hành tinh thừa hưởng những phân tử phức tạp từ những giai đoạn sớm hơn. Và sự hình thành các phân tử phức tạp vẫn có thể tiếp diễn trong giai đoạn đĩa tiền hành tinh”.

Các ngôi sao và hành tinh ra đời từ những đám mây dày đặc gồm khí phân tử lạnh và bụi, trôi nổi trong thiên hà. Khi một đám mây trở nên đủ đặc, nó sẽ sụp đổ dưới lực hấp dẫn của chính mình, tạo thành một khối xoay đặc quánh.

Vật chất tiếp tục rơi vào khối này khi ngôi sao sơ khai lớn dần, còn động lượng góc buộc bụi xung quanh phải sắp xếp thành một đĩa phẳng, cuộn vào và nuôi dưỡng ngôi sao.

Đến một lúc nào đó, gió sao và áp suất bức xạ sẽ quét sạch vật chất ra khỏi tầm hút trọng lực; phần đĩa còn lại chính là nguyên liệu để hình thành hành tinh. Thực tế, mọi thứ xung quanh chúng ta, thậm chí cơ thể chúng ta được tạo nên từ “tàn dư của sao”.

Tuy nhiên, những quá trình dữ dội trong giai đoạn này, cộng thêm hoạt động bùng nổ tia lửa từ ngôi sao trẻ, từ lâu đã được coi là rào cản cho sự tồn tại của các phân tử sinh học trong đĩa tiền hành tinh. Về lý thuyết, mọi phân tử sinh học góp phần vào sự hình thành hành tinh phải xuất hiện sau khi ngôi sao đã trải qua những “trò phá hoại” khốc liệt này.

Đi tìm nơi dung dưỡng tiền chất sự sống

Điều đó dẫn chúng ta đến V883 Orionis – một sao tiền chính dãy (protostar) cách Trái Đất khoảng 1.350 năm ánh sáng, vẫn đang trong giai đoạn dữ dội ấy. Sử dụng kính thiên văn ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) ở Chile, nhóm nghiên cứu do Abubakar Fadul thuộc MPIA dẫn đầu đã phân tích quang phổ ánh sáng và phát hiện dấu vết của ít nhất 17 phân tử hữu cơ phức tạp.

Trong số này có ethylene glycol (một loại rượu đường đơn giản, nền tảng để hình thành các phân tử phức tạp hơn) và glycolonitrile (tiền chất của axit amin glycine, alanine và bazơ nitơ adenine trong ADN).

Sự hiện diện của chúng trong đĩa tiền hành tinh quanh một sao đang bùng nổ cho thấy các phân tử ấy có thể được thừa hưởng trực tiếp từ đám mây phân tử, lấp đầy khoảng trống trong tiến trình tiến hóa hóa học từ trước sao đến sau sao.

Fadul nói: “Khám phá của chúng tôi chỉ ra một đường thẳng rõ rệt của sự phong phú hóa học và độ phức tạp ngày càng tăng, từ những đám mây giữa các vì sao đến các hệ hành tinh đã phát triển hoàn chỉnh”.

Những phân tử này hình thành trong điều kiện cực lạnh. Các nhà nghiên cứu tin rằng chúng được tạo trên những hạt băng trong đám mây, rồi kết dính thành những khối băng mang theo phân tử bên trong. Khi ngôi sao sơ sinh lớn dần, sức nóng tăng lên làm băng thăng hoa, giải phóng phân tử ra ngoài, trôi nổi trong đĩa và để lại dấu hiệu mà ALMA có thể phát hiện.

Tuy vậy, tín hiệu thu được còn khá yếu, đòi hỏi những quan sát có độ phân giải cao hơn ở bước sóng dài hơn. Điều này không chỉ xác nhận các phân tử đã phát hiện, mà còn giúp tìm thấy thêm những loại mới. Nhóm nghiên cứu đặc biệt muốn tìm các phân tử chứa nitơ, vốn xuất hiện rất ít trong dữ liệu ALMA.

Fadul nói: “Có lẽ chúng ta cũng cần quan sát ở những vùng khác của phổ điện từ để tìm ra các phân tử tiến hóa hơn nữa. Ai biết được chúng ta sẽ còn khám phá thêm điều gì?”

Ý nghĩa của phát hiện

Điều này có ý nghĩa rất quan trọng trong nghiên cứu về khởi đầu sự sống, bởi nó chạm đến một câu hỏi nền tảng: các khối xây dựng sự sống – như đường, axit amin, hay bazơ ADN – hình thành từ đâu và từ khi nào trong tiến trình tiến hóa vũ trụ?

Trước đây, nhiều nhà khoa học cho rằng các phân tử hữu cơ phức tạp chỉ có thể hình thành sau khi sao trẻ đã ổn định, vì các giai đoạn đầu quá khốc liệt sẽ phá hủy chúng. Nhưng phát hiện ở V883 Orionis cho thấy các phân tử này đã tồn tại ngay trong đĩa tiền hành tinh, trước khi sao trưởng thành.

Về mặt hóa học, điều này chứng minh rằng có một sự liên tục hóa học từ đám mây phân tử giữa các vì sao → đĩa tiền hành tinh → hành tinh hoàn chỉnh. Nói cách khác, “hạt giống” sự sống đã có mặt rất sớm và được truyền lại cho các thế giới mới hình thành.

Nếu các phân tử hữu cơ phức tạp có thể hình thành một cách tự nhiên, sớm và rộng khắp trong vũ trụ, thì khả năng sự sống xuất hiện ở những hệ hành tinh khác không còn quá đặc biệt hay hiếm hoi. Nó gợi ý rằng sự sống có thể là hệ quả tất yếu của tiến trình vũ trụ, chứ không phải sự kiện ngẫu nhiên duy nhất.

Phát hiện này cũng gợi ý về nguồn gốc Trái Đất. Trái Đất và hệ Mặt Trời cũng được hình thành từ một đĩa bụi – khí tương tự. Điều này ngụ ý rằng những “nguyên liệu thô” cho sự sống trên Trái Đất có thể đã được gieo sẵn từ trước, thay vì chỉ tự sinh ra tại chỗ. Nó củng cố các giả thuyết rằng sự sống (hoặc tiền chất của nó) có thể mang tính vũ trụ học (cosmic origin), chứ không chỉ giới hạn ở Trái Đất.

Bùi Tú