Phát hiện nước trên Trái Đất quanh ngôi sao cách 1.300 năm ánh sáng

Các nhà khoa học đã phát hiện phân tử nước xoay quanh một ngôi sao trẻ. Ảnh: L. Calçada.

Theo nghiên cứu được đăng tải trên tạp chí Nature, nhóm các nhà khoa học tại Đài thiên văn vô tuyến Quốc gia (NRAO – Mỹ) đã xác định được dấu hiệu của nước trên Trái Đất trong đĩa tiền hành tinh của một ngôi sao trẻ mang tên V883 Orions.

Các nhà thiên văn đã sử dụng kính viễn vọng ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) ở Chile để quan sát đĩa khí và bụi vũ trụ bao quanh ngôi sao cách Trái Đất 1.300 năm ánh sáng.

Nước cách Trái Đất 1.300 năm ánh sáng

Theo đó, ALMA đã phát hiện dấu hiệu chứng minh giả thuyết rằng nước – nguồn gốc của sự sống trên Trái Đất, đã có từ trước khi Mặt Trời ra đời. Nước là một trong những yếu tố hàng đầu khiến một hành tinh được xác định là có thể sinh sống được.

Một ngôi sao mới hình thành có một đĩa vật chất bụi trên quỹ đạo xoay quanh nó. Theo thời gian, lực hấp dẫn làm cho vật chất xung quanh liên kết lại với nhau và hình thành các cấu trúc ngày càng lớn hơn, cuối cùng phát triển thành các hành tinh quay quanh ngôi sao, giống như Trái Đất và các thiên thể khác quay quanh Mặt Trời.

Minh họa cách một đám mây khí tạo thành một ngôi sao với đĩa khí xung quanh, sau đó hình thành các hành tinh. Ảnh: L. Calcada.

Phát hiện này đã giúp các nhà thiên văn học theo dõi hành trình của nước từ các đám mây khí hình thành ngôi sao và cuối cùng sẽ tạo ra các hành tinh.

Nghiên cứu cho thấy rằng các sao chổi được hình thành từ đĩa khí và bụi xung quanh Mặt Trời có thể đã mang nước đến Trái Đất. Điều này nghĩa là nước trên Địa Cầu thực sự có thể già hơn Mặt Trời, tức 4,6 tỷ năm tuổi.

“Giờ đây, chúng ta có thể truy tìm nguồn gốc của nước trong Hệ Mặt Trời trước khi Mặt Trời hình thành”, John J. Tobin, nhà thiên văn học tại Đài quan sát thiên văn vô tuyến quốc gia, cho biết.

Nguồn gốc của nước trong Hệ Mặt Trời

Thông thường, nước trên Trái Đất bao gồm 1 nguyên tử oxy và 2 nguyên tử hydro. Nhưng trong nghiên cứu mới nhất này, các nhà khoa học đã phân tích nước nặng, trong đó một trong các nguyên tử hydro được thay thế bằng deuterium, một đồng vị nặng của hydro.

Biến thể này được phát hiện trong đĩa của V883 Orionis. Bởi vì nước “nhẹ” và nước “nặng” hình thành trong các điều kiện khác nhau, nhóm nghiên cứu có thể sử dụng tỷ lệ của nước để khám phá thời gian và địa điểm nước được hình thành.

Một số nghiên cứu trước đây về sao chổi đã phát hiện ra rằng chúng chứa một tỷ lệ tương tự như nước trên Trái Đất, dẫn đến ý tưởng cho rằng sao chổi có thể đã mang nước đến hành tinh của chúng ta.

Các nhà nghiên cứu tin rằng nước trên Trái Đất được mang đến hệ mặt trời cách đây hàng tỷ năm. Ảnh: Amaze Lab.

“Thành phần của nước trong đĩa rất giống với thành phần của sao chổi trong Hệ Mặt Trời. Điều này xác nhận ý tưởng rằng nước trong các hệ hành tinh được hình thành hàng tỷ năm trước, trước khi Mặt Trời được hình thành và được chuyển đến cả sao chổi và Trái Đất”, ông Tobin cho biết.

Tuy nhiên, việc quan sát nước lại là một thách thức lớn. Việc nghiên cứu cấu tạo hóa học của một chất quay quanh một ngôi sao cách xa 1.300 năm ánh sáng.

“Hầu hết nước trong các đĩa hình thành hành tinh đều ở dạng băng, vì vậy nó thường bị che khuất khỏi tầm nhìn của chúng ta”, Margot Leemker, đồng tác giả nghiên cứu, đồng thời là tiến sĩ nghiên cứu tại Đài quan sát Leiden ở Hà Lan, cho biết.

Khi nước tồn tại ở dạng khí, các nhà thiên văn học có thể phát hiện ra nó vì các phân tử có thể quay và rung động, tạo ra bức xạ có thể được nghiên cứu bằng kính thiên văn cực mạnh.

Nhưng khi nước bị đóng băng, các phân tử liên kết chặt chẽ hơn nhiều và không thể di chuyển tự do. Ở phần ngoài cùng của đĩa quanh V883 Orionis, nước bị đóng băng và không dễ phát hiện.

Nhưng bức xạ phát ra từ ngôi sao làm nóng phần bên trong của đĩa, khiến nước tại đó chuyển thành dạng khí dễ phát hiện hơn. Các quan sát ALMA cho phép nghiên cứu thành phần hóa học của nước tại V883 Orionis.

Các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng lượng nước chứa trong đĩa nhiều gấp ít nhất 1.200 lần lượng nước có trong tất cả các đại dương trên Trái Đất.