Phương pháp mới trong nghiên cứu Địa hóa học của các hành tinh đặt ra giả thuyết rằng Trái Đất của chúng ta không phải là duy nhất trong vũ trụ.
Các hành tinh giống Trái Đất có thể phổ biến trong vũ trụ, một nghiên cứu mới của Đại học California Los Angeles (UCLA) cho biết. Nhóm các nhà vật lý thiên văn và địa hóa học đưa ra bằng chứng mới cho thấy Trái đất không phải là duy nhất. Nghiên cứu được công bố trên Tạp chí Science vào ngày 18 tháng 10 năm 2019.
Đồng tác giả Edward Young, giáo sư địa hóa học và vũ trụ học của UCLA nói: “Chúng tôi vừa nâng cao xác suất rằng nhiều hành tinh đá (rocky planets) có thể giống Trái đất, và chúng khá phổ biến trong vũ trụ.
Các nhà khoa học, dẫn đầu bởi Alexandra Doyle, một sinh viên tốt nghiệp ngành địa hóa học và hóa học thiên văn tại UCLA, đã phát triển một phương pháp mới để phân tích chi tiết về địa hóa học của các hành tinh bên ngoài hệ mặt trời của chúng ta. Doyle đã làm như vậy bằng cách phân tích các nguyên tố trong đá từ các tiểu hành tinh hoặc các mảnh vỡ từ các hành tinh đá quay quanh sáu ngôi sao lùn trắng.
“Chúng tôi đang nghiên cứu địa hóa học của các tảng đá từ các ngôi sao khác, một điều gần như chưa bao giờ được biết đến,” Young nói.
“Việc tìm hiểu thành phần của các hành tinh bên ngoài Hệ Mặt trời của chúng ta là rất khó khăn,” đồng tác giả Hilke Schlichting, phó giáo sư vật lý thiên văn và khoa học hành tinh của UCLA cho biết. Chúng tôi đã sử dụng phương pháp khả dĩ duy nhất – một phương pháp mà chúng tôi đi tiên phong – để xác định địa hóa học của đá bên ngoài hệ mặt trời.
Những ngôi sao lùn trắng là những tàn dư dày đặc, bị đốt cháy hoàn toàn của những ngôi sao bình thường. Lực hấp dẫn mạnh mẽ của chúng làm cho các nguyên tố nặng như carbon, oxygen và nitrogen nhanh chóng chìm vào bên trong chúng, nơi các nguyên tố nặng không thể được phát hiện bằng kính viễn vọng. Ngôi sao lùn trắng gần nhất mà Doyle đã nghiên cứu nằm cách Trái đất khoảng 200 năm ánh sáng và xa nhất là 665 năm ánh sáng.
“Bằng cách quan sát những ngôi sao lùn trắng này và các nguyên tố có trong bầu khí quyển của chúng, chúng ta đang quan sát các nguyên tố trong thiên thể quay quanh sao lùn trắng. Sao lùn trắng kéo lực hấp dẫn lớn phá hủy tiểu hành tinh hoặc mảnh hành tinh đang quay quanh nó, và vật chất rơi xuống sao lùn trắng. Quan sát một ngôi sao lùn trắng giống như khám nghiệm tử thi của những gì nó đã ăn ngấu nghiến trong Hệ Mặt trời của nó.
Dữ liệu Doyle phân tích được thu thập bằng kính viễn vọng, chủ yếu từ Đài thiên văn W.M. Keck ở Hawaii, các nhà khoa học vũ trụ trước đây đã thu thập cho các mục đích khoa học khác.
“Nếu tôi chỉ nhìn vào một ngôi sao lùn trắng, tôi sẽ đoán trong đó có hydrogen và helium. Nhưng trong những dữ liệu này, tôi cũng thấy các vật chất khác, chẳng hạn như silicon, magnesium, carbon và oxygen – vật chất được tích tụ trên các sao lùn trắng từ các thiên thể đang quay quanh chúng.
“Khi sắt bị oxy hóa, nó chia sẻ các electron của nó với oxygen, tạo thành liên kết hóa học giữa chúng, Young nói. Đây được gọi là quá trình oxy hóa, và bạn có thể thấy nó khi kim loại bị rỉ sét,” ông nói. “Oxygen nhận các electron từ sắt, tạo ra sắt oxide chứ không phải là kim loại sắt. Chúng tôi đã đo lượng sắt bị oxy hóa trong những tảng đá đâm vào sao lùn trắng. Chúng tôi đã nghiên cứu xem bao nhiêu kim loại đã bị rỉ.”
“Đá từ Trái Đất, Sao Hỏa và các nơi khác trong Hệ Mặt trời của chúng ta có thành phần hóa học tương tự nhau và chứa hàm lượng sắt bị oxy hóa cao đáng ngạc nhiên,” Young nói. Ông đã đo lượng sắt bị oxy hóa trong những tảng đá này đâm vào sao lùn trắng, ông nói.
Mặt trời được tạo ra chủ yếu từ hydrogen, điều ngược lại với quá trình oxy hóa – hydrogen nhận các electron.
Các nhà nghiên cứu cho biết quá trình oxy hóa của một hành tinh đá có ảnh hưởng đáng kể đến bầu khí quyển, lõi của nó và loại đá mà nó tạo ra trên bề mặt của nó. “Tất cả các quá trình hóa học xảy ra trên bề mặt Trái Đất, chẳng hạn việc chúng ta có các đại dương cuối cùng có thể được truy nguyên từ trạng thái oxy hóa của hành tinh. Những tảng đá mới là nhân tố kiểm soát quá trình hóa học.” theo Young.
Cho đến nay, các nhà khoa học vẫn chưa biết chút gì về việc bản chất hóa học của các ngoại hành tinh đá giống hay khác với Trái Đất.
Những tảng đá mà nhóm UCLA đã phân tích giống với đá từ Trái Đất và Sao Hỏa ra sao?
“Rất giống nhau,” Doyle nói. “Chúng giống như Trái Đất và giống như Sao Hỏa ở điểm chúng chứa sắt bị oxy hóa. Chúng tôi phát hiện ra rằng đá vẫn là đá ở khắp mọi nơi, với bản chất địa vật lý và địa hóa học rất giống nhau.
“Ngay bây giờ, lý do tại sao các tảng đá trong Hệ Mặt trời của chúng ta bị oxy hóa như vậy vẫn luôn luôn là một bí ẩn. Nó không giống những gì bạn nghĩ. Có một câu hỏi là liệu điều này cũng sẽ đúng với các ngôi sao khác hay không. Nghiên cứu của chúng tôi trả lời rằng: có. Đó là tín hiệu thực sự tốt cho việc tìm kiếm các hành tinh giống Trái Đất trong vũ trụ.
Sao lùn trắng là môi trường hiếm hoi để các nhà khoa học phân tích.
Các nhà nghiên cứu đã nghiên cứu sáu nguyên tố phổ biến nhất trong đá: sắt, oxygen, silicon, magnesium, calcium và nhôm. Họ đã sử dụng các phép tính và công thức toán học vì các nhà khoa học không thể nghiên cứu đá thực tế từ các sao lùn trắng. “Chúng ta có thể xác định tính chất địa hóa của các loại đá này một cách định lượng và so sánh các tính toán này với các loại đá mà chúng ta có từ Trái đất và Sao Hỏa,” Doyle nói. “Hiểu biết về các loại đá là rất quan trọng bởi vì chúng tiết lộ về bản chất địa hóa học và địa vật lý của hành tinh.”
“Nếu các loại đá ngoài trái đất có lượng oxy hóa tương tự Trái Đất, thì bạn có thể kết luận hành tinh này có kiến tạo mảng (plate tectonics) tương tự và thế tương tự đối với từ trường như Trái Đất, được nhiều người cho là thành phần chính cho sự sống,” ông Schlichting nói. “Nghiên cứu này là một bước tiến trong việc có thể đưa ra những suy luận này cho các thiên thể bên ngoài Hệ Mặt trời của chúng ta và chỉ ra rằng nó rất có thể có các chất tương tự Trái Đất thực sự.
“Kết quả,” ông nói, “là chúng tôi đang nghiên cứu hóa địa hóa thực sự trên các tảng đá từ bên ngoài Hệ Mặt trời của chúng ta. Hầu hết các nhà vật lý thiên văn sẽ không nghĩ đến việc làm điều này, và hầu hết các nhà địa hóa học sẽ không nghĩ rằng nên áp dụng điều này cho một sao lùn trắng.
Tài liệu tham khảo: “Oxygen fugacities of extrasolar rocks: Evidence for an Earth-like geochemistry of exoplanets” by Alexandra E. Doyle, Edward D. Young, Beth Klein, Ben Zuckerman and Hilke E. Schlichting, 18 October 2019, Science.
Nguồn: SciTechDaily
Lược dịch bởi El Niño
