Hành trình Khoa học, Không gian và Thời gian!
Kể từ khi được phát hiện vào năm 2017, một không khí bí ẩn đã bao quanh vật thể liên sao đầu tiên được biết đến thăm hệ mặt trời của chúng ta, một cơ thể hình điếu xì gà dài có tên ‘Oumuamua. Nó được hình thành như thế nào và nó đến từ đâu? Một nghiên cứu mới cung cấp một câu trả lời toàn diện đầu tiên cho những câu hỏi này.
Kể từ khi được phát hiện vào năm 2017, một không khí bí ẩn đã bao quanh vật thể liên sao đầu tiên được biết đến thăm hệ mặt trời của chúng ta, một cơ thể hình điếu xì gà dài tên là ‘Oumuamua (tiếng Hawaii cho “một sứ giả từ xa đến trước”).
Nó được hình thành như thế nào và nó đến từ đâu? Một nghiên cứu mới được công bố ngày 13 tháng 4 trên tạp chí Thiên văn học thiên nhiên đưa ra câu trả lời toàn diện đầu tiên cho những câu hỏi này.
Tác giả đầu tiên Yun Zhang tại Đài quan sát thiên văn quốc gia thuộc Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc và đồng tác giả Douglas NC Lin tại Đại học California, Santa Cruz, đã sử dụng mô phỏng máy tính để cho thấy các vật thể như ‘Oumuamua’ có thể hình thành như thế nào dưới tác động của lực thủy triều như những người cảm thấy như thế bởi các đại dương của Trái đất. Lý thuyết hình thành của họ giải thích tất cả các đặc điểm khác thường của ‘Oumuamua’.
Lin, giáo sư danh dự của thiên văn học và vật lý thiên văn chia sẻ: “Chúng tôi đã chỉ ra rằng các vật thể liên sao giống như Oumuamua có thể được tạo ra thông qua sự phân chia thủy triều rộng lớn trong các cuộc chạm trán gần gũi với cơ thể vật thể gốc của chúng với các ngôi sao chủ của chúng, và sau đó bị đẩy vào không gian giữa các vì sao”.
Được phát hiện vào ngày 19 tháng 10 năm 2017 bởi Kính viễn vọng Khảo sát toàn cảnh và Hệ thống phản ứng nhanh 1 (Pan-STARRS1) ở Hawaii, ‘Oumuamua’ hoàn toàn không giống bất cứ thứ gì khác trong hệ mặt trời của chúng ta. Bề mặt khô, hình dạng thon dài bất thường và chuyển động khó hiểu của nó thậm chí còn khiến một số nhà khoa học tự hỏi liệu đó có phải là một tàu thăm dò ngoài hành tinh.
“Nó thực sự là một vật thể bí ẩn nhưng một số dấu hiệu như màu sắc của nó và không có sự phát xạ vô tuyến đã chỉ ra ‘Oumuamua’ là một vật thể tự nhiên”, Zhang nói. “Mục tiêu của chúng tôi là đưa ra một kịch bản toàn diện, dựa trên các nguyên tắc vật lý được hiểu rõ và để ghép lại tất cả các manh mối bí ẩn trên”.
Các nhà thiên văn học đã dự đoán rằng vật thể liên sao đầu tiên mà họ phát hiện sẽ là một cơ thể băng giá như sao chổi. Các vật thể băng giá như những đám đông cư trú trên đám mây Oort, một bể sao chổi ở ngoài cùng của hệ mặt trời của chúng ta, tiến hóa ở khoảng cách rất xa so với các ngôi sao chủ của chúng, rất giàu chất bay hơi và thường bị ném ra khỏi hệ thống vật chủ của chúng bởi các tương tác hấp dẫn. Chúng cũng rất dễ thấy do sự thăng hoa của các hợp chất dễ bay hơi, tạo ra “cái đuôi” của sao chổi khi nó được sưởi ấm bởi mặt trời. Tuy nhiên, vẻ ngoài khô khan của Oumuamua tương tự như các khối đá như các tiểu hành tinh của hệ mặt trời đã cho thấy một kịch bản phóng khác nhau.
Các nhà nghiên cứu khác đã tính toán rằng phải có một quần thể cực lớn các vật thể liên sao như ‘Oumuamua’. “Phát hiện của ‘Oumuamua’ ngụ ý rằng số lượng của các vật thể liên sao đá lớn hơn nhiều so với chúng ta nghĩ trước đây. Trung bình, mỗi hệ thống hành tinh sẽ đẩy ra tổng cộng khoảng một trăm nghìn tỷ đối tượng như ‘Oumuamua’. Chúng ta cần xây dựng một kịch bản rất phổ biến để tạo ra loại đối tượng này.
Khi một cơ thể nhỏ hơn đi rất gần với một cơ thể lớn hơn nhiều, các lực thủy triều của cơ thể lớn hơn có thể xé toạc phần nhỏ hơn như đã xảy ra với sao chổi Shoemaker-Levy 9 khi nó đến gần Sao Mộc. Các quá trình gián đoạn thủy triều có thể đẩy một số mảnh vỡ vào không gian giữa các vì sao, được đề xuất là nguồn gốc khả thi cho ‘Oumuamua’. Nhưng liệu một quá trình như vậy có thể giải thích các đặc điểm khó hiểu của ‘Oumuamua’ vẫn không chắc chắn.
Zhang và Lin đã chạy mô phỏng máy tính độ phân giải cao để mô hình hóa động lực học cấu trúc của một vật thể bay gần một ngôi sao. Họ phát hiện ra rằng nếu vật thể đến gần ngôi sao, ngôi sao có thể xé nó thành những mảnh cực kỳ dài sau đó được đẩy vào không gian giữa các vì sao.
“Hình dạng thon dài hấp dẫn hơn khi chúng tôi xem xét sự biến đổi của sức mạnh vật chất trong cuộc chạm trán sao. Tỷ lệ giữa trục dài và trục ngắn có thể còn lớn hơn mười đến một”, Zhang nói.
Mô hình nhiệt của các nhà nghiên cứu cho thấy bề mặt của các mảnh vỡ do sự phá vỡ của cơ thể ban đầu sẽ tan chảy ở một khoảng cách rất ngắn từ ngôi sao và phục hồi ở khoảng cách xa hơn, do đó hình thành lớp vỏ dính chắc chắn sẽ đảm bảo sự ổn định cấu trúc của hình dạng kéo dài .
Sự khuếch tán nhiệt trong quá trình phá vỡ thủy triều sao cũng tiêu tốn một lượng lớn chất bay hơi, điều này không chỉ giải thích màu sắc bề mặt của ‘Oumuamua’ và không có tình trạng xuất hiện cái đuôi rõ rệt mà còn làm sáng tỏ tình trạng khô khan chất bay hơi của các vật thể giữa các vì sao. Tuy nhiên, một số chất bay hơi nhiệt độ cao thăng hoa được chôn dưới bề mặt như băng nước có thể vẫn ở dạng ngưng tụ.
Các quan sát của ‘Oumuamua’ cho thấy không có hoạt động sao chổi và chỉ có nước đá là nguồn phát sinh khả thi để giải thích cho chuyển động không hấp dẫn của nó. Nếu ‘Oumuamua’ được sản xuất và đẩy ra theo kịch bản của Zhang và Lin, rất nhiều nước đá còn sót lại có thể được kích hoạt trong quá trình đi qua hệ mặt trời. Kết quả vượt trội sẽ gây ra gia tốc phù hợp với quỹ đạo giống như sao chổi của Oumuamua.
“Kịch bản phân mảnh thủy triều không chỉ cung cấp một cách để tạo thành một ‘Oumuamua’ mà còn chiếm số lượng lớn các vật thể liên sao giống như tiểu hành tinh”, Zhang nói.
Tính toán của các nhà nghiên cứu chứng minh hiệu quả của các lực thủy triều trong việc sản xuất loại vật thể này. Các tổ tiên có thể, bao gồm sao chổi thời gian dài, đĩa mảnh vụn và thậm chí siêu Trái đất, có thể được chuyển đổi thành các mảnh có kích thước ‘Oumuamua’ trong các cuộc chạm trán của sao.
Công trình này hỗ trợ các ước tính của một số lượng lớn các vật thể liên sao giống như Oumuamua. Vì các vật thể này có thể đi qua các miền của các vùng có thể ở được nên khả năng chúng có thể vận chuyển vật chất có khả năng tạo ra sự sống (được gọi là panspermia) không thể loại trừ. Đây là một lĩnh vực rất mới. Những vật thể liên sao này có thể cung cấp manh mối quan trọng về cách các hệ thống hành tinh hình thành và phát triển.
Theo Lin, ‘Oumuamua’ chỉ là phần nổi của tảng băng. Các nhà thiên văn học dự đoán nhiều “du khách” giữa các vì sao có đặc điểm tương tự sẽ được phát hiện bằng quan sát trong tương lai với Đài quan sát Vera C. Rubin sắp tới.
Nhà thiên văn học của Học viện Hải quân Hoa Kỳ Matthew Knight, người đồng lãnh đạo nhóm Viện Khoa học Vũ trụ Quốc tế Oumuamua và không tham gia vào nghiên cứu mới cho biết công việc này “thực hiện một công việc đáng chú ý là giải thích nhiều tính chất khác thường của’ Oumuamua với mô hình đơn, mạch lạc.
Khi các vật thể liên sao trong tương lai được phát hiện trong những năm tới, sẽ rất thú vị để xem liệu có bất kỳ tính chất nào giống như triển lãm của Oumuamua hay không. Nếu vậy, nó có thể chỉ ra rằng các quy trình được mô tả trong nghiên cứu này là phổ biến.
Nguồn truyện:
Tài liệu được cung cấp bởi Đại học California – Santa Cruz . Bản gốc được viết bởi Tim Stephens. Lưu ý: Nội dung có thể được chỉnh sửa cho kiểu dáng và độ dài.