Một trong những chủ đề vật lý thiên văn đang nóng nhất hiện nay - săn tìm các hành tinh giống Trái đất quanh các ngôi sao khác - vừa nhận được một động lực quan trọng từ các quan sát quang phổ mới với thiết bị MIDI tại Giao thoa kế EST (VLTI) của ESO.
Một nhóm các nhà thiên văn học quốc tế [2] đã thu được phổ hồng ngoại độc đáo của bụi ở các vùng trong cùng của các đĩa tiền hành tinh xung quanh ba ngôi sao trẻ - hiện ở trạng thái có thể rất giống với hệ mặt trời của chúng ta khi chế tạo, khoảng 4.500 triệu năm trước.
Báo cáo trong tuần này về vấn đề của tạp chí khoa học Nature, và nhờ vào cái nhìn không đồng đều, sắc nét và xuyên thấu của giao thoa kế, họ cho thấy rằng trong cả ba, các thành phần phù hợp đều có mặt ở đúng nơi để bắt đầu hình thành các hành tinh đá tại các ngôi sao này.
Cát Cát trong khu vực bên trong của đĩa sao
Mặt trời được sinh ra khoảng 4.500 triệu năm trước từ một đám mây khí và bụi khổng lồ lạnh lẽo và khổng lồ sụp đổ dưới lực hấp dẫn của chính nó. Một đĩa bụi đã có mặt xung quanh ngôi sao trẻ, trong đó Trái đất và các hành tinh khác, cũng như sao chổi và tiểu hành tinh sau đó đã được hình thành.
Kỷ nguyên này đã qua lâu, nhưng chúng ta vẫn có thể chứng kiến quá trình tương tự bằng cách quan sát sự phát xạ hồng ngoại từ các ngôi sao rất trẻ và các đĩa hình thành hành tinh bụi xung quanh chúng. Tuy nhiên, cho đến nay, các thiết bị có sẵn không cho phép nghiên cứu phân phối các thành phần khác nhau của bụi trong các đĩa đó; ngay cả những cái gần nhất được biết là quá xa đối với các kính thiên văn đơn tốt nhất để phân giải chúng. Nhưng bây giờ, như Francesco Paresce, Nhà khoa học dự án cho Giao thoa kế VLT và là thành viên của nhóm nghiên cứu từ ESO giải thích, với Với VLTI, chúng ta có thể kết hợp ánh sáng từ hai kính viễn vọng lớn tách biệt để có được độ phân giải góc lớn chưa từng thấy. Điều này đã cho phép chúng tôi, lần đầu tiên, nhìn thẳng vào vùng trong cùng của các đĩa xung quanh một số ngôi sao trẻ gần đó, ngay tại nơi chúng ta mong đợi các hành tinh như Trái đất của chúng ta đang hình thành hoặc sẽ sớm hình thành nên.
Cụ thể, các quan sát giao thoa kế mới của ba ngôi sao trẻ của một nhóm quốc tế [2], sử dụng năng lượng kết hợp của hai kính viễn vọng VLT cách nhau một trăm mét, đã đạt được độ sắc nét hình ảnh đủ (khoảng 0,02 arcsec) để đo phát xạ hồng ngoại từ vùng bên trong của các đĩa xung quanh ba ngôi sao (tương ứng với kích thước quỹ đạo của Trái đất quanh Mặt trời) và sự phát xạ từ phần bên ngoài của các đĩa đó. Phổ hồng ngoại tương ứng đã cung cấp thông tin quan trọng về thành phần hóa học của bụi trong các đĩa và cả về kích thước hạt trung bình.
Những quan sát theo dõi này cho thấy phần bên trong của đĩa rất giàu hạt silicat tinh thể (cát cát) với đường kính trung bình khoảng 0,001 mm. Chúng được hình thành do sự đông tụ của các hạt bụi vô định hình nhỏ hơn nhiều có mặt khắp nơi trong đám mây liên sao đã sinh ra các ngôi sao và đĩa của chúng.
Các tính toán mô hình cho thấy các hạt tinh thể nên có mặt rất nhiều ở phần bên trong của đĩa tại thời điểm hình thành Trái đất. Trên thực tế, các thiên thạch trong hệ mặt trời của chúng ta chủ yếu bao gồm loại silicat này.
Nhà thiên văn học người Hà Lan Rens Waters, thành viên của nhóm nghiên cứu thuộc Viện Thiên văn học Amsterdam, rất nhiệt tình: Từ với tất cả các thành phần tại chỗ và sự hình thành các hạt lớn hơn từ bụi đã bắt đầu, sự hình thành các khối đá lớn hơn và lớn hơn và , cuối cùng, các hành tinh giống Trái đất từ các đĩa này gần như không thể tránh khỏi!
Biến đổi hạt
Từ lâu, người ta đã biết rằng phần lớn bụi trong các đĩa xung quanh các ngôi sao mới sinh được tạo thành từ silicat. Trong đám mây tự nhiên, bụi này là vô định hình, tức là các nguyên tử và phân tử tạo thành hạt bụi được ghép lại với nhau một cách hỗn loạn, và các hạt này mịn và rất nhỏ, thường có kích thước khoảng 0,0001 mm. Tuy nhiên, gần ngôi sao trẻ có nhiệt độ và mật độ cao nhất, các hạt bụi trong đĩa hoàn cảnh có xu hướng dính lại với nhau để các hạt trở nên lớn hơn. Hơn nữa, bụi được làm nóng bởi bức xạ sao và điều này khiến các phân tử trong hạt sắp xếp lại theo kiểu hình học (tinh thể).
Theo đó, bụi ở các vùng đĩa gần sao nhất sẽ sớm được chuyển từ hạt pristine tinh (nhỏ và vô định hình) thành hạt ngũ cốc chế biến (lớn hơn và tinh thể).
Các quan sát quang phổ của các hạt silicat trong vùng bước sóng trung hồng ngoại (khoảng 10? M) sẽ cho biết chúng là hạt nguyên chất hay còn gọi là chế biến. Các quan sát trước đây về các đĩa xung quanh các ngôi sao trẻ đã cho thấy một hỗn hợp nguyên liệu nguyên sơ và chế biến có mặt, nhưng cho đến nay không thể biết được các hạt khác nhau nằm ở đâu trong đĩa.
Nhờ độ phân giải góc tăng gấp trăm lần với VLTI và thiết bị MIDI có độ nhạy cao, phổ hồng ngoại chi tiết của các vùng khác nhau của các đĩa tiền đạo xung quanh ba ngôi sao mới sinh, chỉ vài triệu năm tuổi, giờ đây cho thấy bụi gần ngôi sao được xử lý nhiều hơn so với bụi ở các vùng đĩa ngoài. Trong hai ngôi sao (HD 144432 và HD 163296), bụi ở đĩa bên trong được xử lý khá trong khi bụi ở đĩa ngoài gần như nguyên sơ. Trong ngôi sao thứ ba (HD 142527), bụi được xử lý trong toàn bộ đĩa. Ở khu vực trung tâm của đĩa này, nó được xử lý cực kỳ tốt, phù hợp với bụi kết tinh hoàn toàn.
Do đó, một kết luận quan trọng từ các quan sát VLTI là các khối xây dựng cho các hành tinh giống Trái đất có mặt trong các đĩa hoàn cảnh ngay từ đầu. Điều này có tầm quan trọng rất lớn vì nó chỉ ra rằng các hành tinh thuộc loại mặt đất (đá) như Trái đất có lẽ khá phổ biến trong các hệ hành tinh, cũng nằm ngoài hệ mặt trời.
Sao chổi nguyên sơ
Các quan sát hiện tại cũng có ý nghĩa đối với việc nghiên cứu sao chổi. Một số - có lẽ là tất cả - sao chổi trong hệ mặt trời có chứa cả bụi nguyên sơ (vô định hình) và xử lý (tinh thể). Sao chổi chắc chắn được hình thành ở khoảng cách lớn từ Mặt trời, ở các khu vực bên ngoài của hệ mặt trời, nơi nó luôn rất lạnh. Do đó, không rõ làm thế nào các hạt bụi được xử lý có thể kết thúc trong sao chổi.
Theo một lý thuyết, bụi được xử lý được vận chuyển ra ngoài từ Mặt trời trẻ bằng cách nhiễu loạn trong đĩa chu vi khá dày đặc. Các giả thuyết khác cho rằng bụi được xử lý trong sao chổi được sản xuất tại địa phương ở vùng lạnh trong thời gian dài hơn nhiều, có thể là do sóng xung kích hoặc tia sét trong đĩa hoặc do va chạm thường xuyên giữa các mảnh lớn hơn.
Nhóm các nhà thiên văn học hiện nay kết luận rằng lý thuyết đầu tiên là lời giải thích khả dĩ nhất cho sự hiện diện của bụi được xử lý trong sao chổi. Điều này cũng ngụ ý rằng các sao chổi trong thời gian dài đôi khi đến thăm chúng ta từ ngoài mặt trời của hệ mặt trời của chúng ta là những cơ thể thực sự nguyên sơ, có từ thời kỳ Trái đất và các hành tinh khác chưa được hình thành.
Do đó, các nghiên cứu về sao chổi như vậy, đặc biệt là khi được thực hiện tại chỗ, do đó sẽ cung cấp quyền truy cập trực tiếp vào vật liệu ban đầu mà từ đó hệ mặt trời được hình thành.
Thêm thông tin
Các kết quả được báo cáo trong PR ESO này được trình bày chi tiết hơn trong một bài báo nghiên cứu. Các khối xây dựng của các hành tinh trong khu vực trên mặt đất của các đĩa tiền đạo, bởi Roy van Boekel và các đồng tác giả (Thiên nhiên, ngày 25 tháng 11 năm 2004). Các quan sát được thực hiện trong quá trình trình diễn khoa học sớm của ESO.
Ghi chú
[1]: Thông cáo báo chí ESO này được phát hành với sự cộng tác của Viện Thiên văn học của Đại học Amsterdam, Hà Lan (NOVA PR) và Nhà thiên văn học Max-Planck (Heidelberg, Đức (MPG PR).
[2]: Nhóm nghiên cứu bao gồm Roy van Boekel, Michiel Min, Rens Waters, Carsten Dominik và Alex de Koter (Viện thiên văn, Đại học Amsterdam, Hà Lan), Christoph Leinert, Olivier Chesneau, Uwe Graser, Thomas Henning, Rainer K ? hler và Frank Przygodda (Max-Planck-Acadut f? r Astronomie, Heidelberg, Đức), Andrea Richichi, Sebastien Morel, Francesco Paresce, Markus Sch? ller và Markus Wittkowski (ESO), Walter Jaffe và Jeroen , Hà Lan), Anne Dutrey và Fabien Malbet (Observatoire de Bordeaux, Pháp), Bruno Lopez (Observatoire de la Côte d'zur, Nice, Pháp), Guy Perrin (LESIA, Observatoire de Paris, Pháp) và Thomas Preibisch (Max -Planck-Institut f? R Radioastronomie, Bon, Đức).
[3]: Nhạc cụ MIDI là kết quả của sự hợp tác giữa các viện của Đức, Hà Lan và Pháp. Xem ESO PR 17/03 và ESO PR 25/02 để biết thêm thông tin.
Nguồn gốc: ESO News Release
