Nghiên cứu do nhà thiên văn học Kate Su thuộc Viện Khoa học Không gian (Space Science Institute) ở Boulder, Colorado, Mỹ dẫn đầu, được công bố trên The Astrophysical Journal.
' %2F%3E%3C%2Fsvg%3E)
Va chạm giữa các hành tinh trong vũ trụ (Ảnh minh hoạ: NASA).
Nhóm nghiên cứu kết hợp dữ liệu quang phổ hồng ngoại từ kính James Webb (JWST) với dữ liệu lưu trữ của kính Spitzer để phân tích 21 "đĩa mảnh vụn cực đoan" (extreme debris disks - EDD), những hệ thống chứa lượng lớn bụi ấm và có độ sáng hồng ngoại biến đổi bất thường.
Dấu vết từ bụi ấm vũ trụ
Khi các ngôi sao trẻ phát triển, đĩa khí và bụi bao quanh chúng dần tiến hóa. Một phần vật chất còn lại tạo thành các đĩa mảnh vụn, nơi những va chạm giữa các thiên thể tiếp tục tạo ra bụi.
EDD là một nhóm đặc biệt hiếm. Các nhà khoa học ước tính chỉ khoảng 1% sao trẻ có dấu hiệu của giai đoạn này có thể quan sát được dựa trên dữ liệu hiện có. Trong 21 hệ sao được nghiên cứu, 16 hệ được JWST quan sát và 5 hệ sử dụng dữ liệu lưu trữ từ Spitzer.
Các EDD có ba đặc điểm nổi bật: chứa nhiều hạt bụi rất nhỏ, chủ yếu dưới micromet; có lượng lớn bụi ấm tập trung gần sao; và phát xạ hồng ngoại biến đổi thất thường theo thời gian. Những đặc điểm này được xem là dấu hiệu của việc bụi liên tục được tạo ra từ các vụ va chạm lớn.
Đáng chú ý, thành phần khoáng vật của bụi chia các hệ thống thành hai nhóm.
Khoảng một phần ba mẫu nghiên cứu giàu silica. NASA cho biết đặc điểm này phù hợp với các vụ va chạm năng lượng cao giữa những thiên thể có kích thước tương đương sao Hỏa, trong đó một phần đáng kể vật chất bị nung nóng, nóng chảy hoặc bốc hơi.
Silica cũng là thành phần giàu trong thủy tinh núi lửa như obsidian trên Trái Đất. Việc phát hiện các hạt bụi silica rất nhỏ trong EDD giúp các nhà khoa học nhận biết dấu vết của những quá trình nhiệt độ cao do các vụ va chạm mạnh tạo ra.
Tất cả các EDD giàu silica trong mẫu đều nằm quanh những ngôi sao trẻ hơn 300 triệu năm tuổi. Điều này phù hợp với nhận định rằng các hành tinh đất đá hình thành chủ yếu trong vài trăm triệu năm đầu của một hệ sao.
Nhóm thứ hai nghèo silica và có nhiều forsterite, một khoáng vật thuộc nhóm olivine. NASA cho biết thành phần này phù hợp với những vụ va chạm có quy mô nhỏ hơn, chẳng hạn các vụ va chạm sượt qua giữa những thiên thể cỡ Mặt Trăng. Các đĩa thuộc nhóm này xuất hiện ở nhiều độ tuổi sao khác nhau và thường có mức biến đổi độ sáng lớn hơn.
Nhà nghiên cứu Ágnes Kóspál thuộc Đài quan sát Konkoly, Hungary, một trong các tác giả nghiên cứu, cho biết dữ liệu quang phổ hồng ngoại của JWST cho phép nhóm xác định thành phần của bụi trong các hệ này. Qua đó, các nhà khoa học có thể tìm hiểu những vụ va chạm liên quan đến các phôi hành tinh vốn quá nhỏ để quan sát trực tiếp.
Gợi mở về nguồn gốc Mặt Trăng
Phát hiện mới cung cấp thêm dữ liệu để tìm hiểu những vụ va chạm lớn có thể đã xảy ra trong giai đoạn đầu của Hệ Mặt Trời.
Giới khoa học từ lâu đưa ra giả thuyết rằng khoảng 100 triệu năm sau khi Mặt Trời hình thành, một thiên thể cỡ sao Hỏa, thường được gọi là Theia, đã va chạm với Trái Đất sơ khai. Vụ va chạm có thể làm nóng chảy và bốc hơi một lượng lớn đá, đồng thời đưa vật chất vào quỹ đạo quanh Trái Đất. Một phần vật chất này sau đó kết tụ thành Mặt Trăng.
JWST không quan sát trực tiếp một vụ va chạm kiểu Theia. Thay vào đó, kính phân tích thành phần của bụi trong những hệ sao khác, giúp các nhà khoa học nhận diện dấu hiệu của những va chạm tương tự về quy mô và năng lượng.
Việc các đĩa giàu silica chỉ xuất hiện quanh những ngôi sao trẻ hơn 300 triệu năm cũng phù hợp với giai đoạn hình thành các hành tinh đất đá trong những hệ sao trẻ. Theo NASA, Trái Đất và Mặt Trăng được ước tính hình thành khoảng 100 triệu năm sau khi Mặt Trời ra đời.
Trong khi đó, các đĩa nghèo silica xuất hiện ở nhiều độ tuổi sao hơn. Sự phân bố này nhìn chung phù hợp với một kịch bản được đề xuất cho Giai đoạn Oanh tạc Muộn, theo đó sự dịch chuyển và bất ổn quỹ đạo của các hành tinh khí khổng lồ có thể làm xáo trộn quỹ đạo của các thiên thể nhỏ, dẫn tới nhiều vụ va chạm và tạo ra những giai đoạn bụi dày đặc nhưng tồn tại tương đối ngắn.
Các nhà khoa học cho rằng Hệ Mặt Trời có thể từng trải qua nhiều giai đoạn tương tự những EDD được quan sát hiện nay. Những dữ liệu mới từ JWST vì vậy giúp bổ sung một góc nhìn về cách các vụ va chạm lớn góp phần hình thành và phá hủy các thiên thể đá trong giai đoạn đầu của hệ hành tinh.