Lần đầu tiên 'soi' được những vật thể nhỏ nhất ở ngoài sao Hải Vương

Nghiên cứu 27 TNO mới hé lộ một điều bất ngờ là các vật thể chỉ vài km này dường như vẫn giữ nguyên dấu vết hóa học từ thời Hệ Mặt trời sơ khai, đồng thời số lượng của chúng ít hơn dự đoán từ một số mô hình hình thành hành tinh.

Hai kính viễn vọng cùng hướng về vùng tối bên ngoài sao Hải Vương

TNO là nhóm các thiên thể băng giá quay quanh Mặt trời ở phía ngoài quỹ đạo của sao Hải Vương. Phần lớn chúng quá mờ để có thể quan sát bằng mắt thường, thậm chí mờ hơn hơn 100 triệu lần so với những vật thể có thể nhìn thấy bằng mắt người trên Trái đất.

Trong hai nghiên cứu được công bố trên The Astronomical Journal, các nhóm khoa học do những nghiên cứu sinh tiến sĩ đến từ Đại học Victoria (Canada) và Đại học Northern Arizona (Mỹ) dẫn dắt đã phân tích 27 TNO nhỏ và mờ mới được phát hiện.

Điểm đặc biệt của công trình nằm ở cách quan sát. Hubble được sử dụng để ghi nhận ánh sáng khả kiến, trong khi James Webb quan sát ánh sáng hồng ngoại phát ra từ cùng khu vực bầu trời. Hai kính viễn vọng vì thế bổ sung cho nhau, giúp các nhà khoa học xác định màu sắc, thành phần bề mặt, kích thước cũng như quỹ đạo của những thiên thể vốn cực kì khó phát hiện này.

Màu sắc của TNO không đơn thuần mang ý nghĩa về mặt hình ảnh. Với các nhà thiên văn, nó giống như một dạng “dấu vân tay” cho biết vật chất nào đang tồn tại trên bề mặt thiên thể. Việc kết hợp dữ liệu ánh sáng khả kiến và hồng ngoại giúp nhóm nghiên cứu có được bức tranh rõ hơn về nguồn gốc của các vật thể này.

Các nhà khoa học tập trung vào hai nhóm TNO. Nhóm thứ nhất là những TNO “lạnh” về mặt động lực học, vẫn nằm trên các quỹ đạo tương đối tròn và gần với mặt phẳng của Hệ Mặt trời kể từ khi hình thành.

Nhóm thứ hai là TNO “nóng”. Chúng được cho là hình thành ở khu vực nằm giữa vị trí hiện nay của sao Thiên Vương và sao Hải Vương, sau đó bị đẩy ra vùng xa hơn khi các hành tinh khí khổng lồ di chuyển trong giai đoạn đầu của lịch sử Hệ Mặt trời. Ngày nay, các TNO này có quỹ đạo rất dẹt, nghiêng và thường xuyên di chuyển ra khỏi mặt phẳng chính của Hệ Mặt trời.

Việc nghiên cứu cả hai nhóm cho phép các nhà khoa học nhìn lại quá trình hình thành những “viên gạch” đầu tiên tạo nên các hành tinh.

Giải mã bí ẩn kỳ lạ trên sao Thiên Vương và sao Hải Vương

Còn nhiều bí ẩn ở sao Hải Vương và mặt trăng Triton chờ khám phá

Những vật thể vài km vẫn “nhớ” nguồn gốc hàng tỉ năm trước

Điều khiến các nhà nghiên cứu bất ngờ là những TNO nhỏ nhất không có bề mặt khác biệt đáng kể so với các thành viên lớn hơn trong cùng quần thể.

Trước khi có các quan sát mới, giới thiên văn từng cho rằng những TNO nhỏ có thể trải qua nhiều vụ va chạm hơn. Những cú va chạm liên tục có thể phá vỡ thiên thể, làm biến đổi hoặc phủ lại bề mặt, từ đó khiến màu sắc và thành phần của TNO nhỏ khác với các vật thể lớn hơn.

Nhưng dữ liệu từ Hubble và Webb lại cho thấy điều ngược lại. Các TNO nhỏ vẫn mang những đặc điểm màu sắc tương tự “người anh em” lớn hơn của chúng. Điều này cho thấy các vụ va chạm có thể không làm thay đổi bề mặt TNO nhiều như dự đoán, hoặc các thiên thể này bằng cách nào đó vẫn bảo tồn được thành phần nguyên thủy từ trước khi xảy ra những va chạm lớn.

Theo Anastasia Morgan, nghiên cứu sinh tiến sĩ tại Đại học Northern Arizona, kết quả đặc biệt thú vị bởi những vật thể nhỏ nhất dường như vẫn “ghi nhớ” lịch sử hình thành của mình. Dù có thể đã bị phá vỡ, xáo trộn hoặc tác động bởi các quá trình khác trong hàng tỉ năm, bề mặt của chúng vẫn giữ dấu hiệu của vật chất ban đầu.

Điều này đặc biệt đáng chú ý với nhóm TNO “nóng”. Dù quỹ đạo hiện nay đã bị xáo trộn mạnh so với vị trí hình thành ban đầu, chúng vẫn giữ dấu hiệu cho thấy mình ra đời ở đâu.

David Trilling, đồng tác giả nghiên cứu, cho rằng những TNO “nóng” vẫn bảo lưu “chữ kí” của nơi chúng được sinh ra, bất chấp việc quỹ đạo đã thay đổi đáng kể trong lịch sử Hệ Mặt trời.

Không chỉ màu sắc, kích thước của các TNO cũng đem lại một phát hiện đáng chú ý. Dữ liệu từ James Webb cho phép các nhà khoa học thống kê số lượng vật thể theo từng nhóm kích thước. Kết quả cho thấy hai quần thể TNO “nóng” và “lạnh” có phân bố kích thước khá giống nhau, dù chúng được hình thành trong những khu vực có điều kiện khác nhau của đĩa vật chất nguyên thủy.

Điều này đặt ra câu hỏi về quá trình tạo thành các hành tinh. Có vẻ quá trình hình thành các “hành tinh nhỏ” (planetesimal) có thể tạo ra những quần thể vật thể với kích thước tương tự nhau, bất kể môi trường ban đầu nóng hay lạnh, dày đặc hay thưa hơn.

Tuy nhiên, một bí ẩn khác lại xuất hiện là số lượng TNO rất nhỏ được phát hiện ít hơn dự đoán của một số mô hình hình thành hành tinh. James Webb phát hiện 27 vật thể mới, trong đó có một vật thể mờ đến mức độ sáng tương đương việc đứng trên Trái đất và nhìn thấy một nhóm nhỏ đom đóm trên Mặt trăng. TNO nhỏ nhất trong nghiên cứu chỉ có đường kính khoảng 5 km, nhỏ hơn khoảng 5 lần so với giới hạn phát hiện của những kính thiên văn mặt đất nhạy nhất hiện nay.

Phát hiện này có thể buộc các nhà khoa học xem xét lại một số giả định về số lượng vật thể nhỏ còn sót lại ở rìa Hệ Mặt trời. Nếu thực sự có ít TNO nhỏ hơn dự đoán, các mô hình về cách bụi và sỏi trong đĩa vật chất nguyên thủy kết tụ thành các hành tinh nhỏ có thể cần được điều chỉnh.

Quan trọng hơn, sự phối hợp giữa Hubble và James Webb cho thấy việc quan sát Hệ Mặt trời không chỉ nhằm tìm kiếm những hành tinh mới. Những vật thể băng giá, nhỏ bé và tưởng như vô danh ở vùng tối bên ngoài sao Hải Vương lại có thể lưu giữ thông tin nguyên thủy về thời điểm các hành tinh bắt đầu hình thành.

Và chính những “mảnh vụn” còn sót lại đó có thể giúp giới khoa học hiểu rõ hơn Hệ Mặt trời đã biến đổi như thế nào trong hàng tỉ năm qua.

Bùi Tú