Một sao chổi quý hiếm đến từ bên ngoài hệ mặt trời đang cung cấp cho các nhà thiên văn học một cánh cửa hiếm có để biết hệ hành tinh "ngoài hành tinh" được sinh ra trong một môi trường hoàn toàn khác với hệ mặt trời trông như thế nào. Vật thể có tên 3I/ATLAS được phát hiện cách đây chưa đầy một năm khi nó di chuyển qua hệ mặt trời của chúng ta. Trong khi các nhà khoa học vẫn chưa biết chính xác nó bắt nguồn từ đâu, một nghiên cứu mới do Đại học Michigan dẫn đầu cho thấy sao chổi rất có thể hình thành ở một vùng lạnh bất thường của vũ trụ.
Nghiên cứu được công bố trên tạp chí "Thiên văn học tự nhiên" (Nature Astronomy) số mới nhất. Khám phá cốt lõi là: 3I/ATLAS Nước chứa nhiều một loại phân tử nước đặc biệt gọi là "nước nặng", được đặc trưng bởi hàm lượng deuterium (hydro nặng) cao bất thường. Nghiên cứu đã nhận được tài trợ từ Quỹ khoa học quốc gia Hoa Kỳ và Cơ quan nghiên cứu và phát triển khoa học quốc gia Chile, cùng nhiều tổ chức khác. Nhóm nghiên cứu chỉ ra rằng thông qua tỷ lệ đồng vị đặc biệt này, các nhà khoa học có thể tiến hành những “suy luận ngược” hóa học chưa từng có về điều kiện hình thành của các hệ hành tinh khác trong Dải Ngân hà.
Phân tử nước bao gồm hai nguyên tử hydro và một nguyên tử oxy, có công thức hóa học H₂O. Trong nước thông thường, nguyên tử hydro chỉ chứa một proton; deuterium, một đồng vị nặng hơn của hydro, có cả proton và neutron trong hạt nhân. Các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng một tỷ lệ đáng kể các phân tử nước trong 3I/ATLAS là “nước khử deteri”, là loại nước nặng chứa deuterium. Nước nặng được tìm thấy trên Trái đất và trong các sao chổi trên khắp hệ mặt trời, nhưng lượng trong 3I/ATLAS vượt xa các quan sát trước đây.
“Tỷ lệ deuterium trong nước nặng so với hydro thông thường ở sao chổi này cao hơn những gì chúng ta thấy trong các hệ hành tinh và sao chổi hành tinh khác.” Luis Salazar Manzano, tác giả đầu tiên của bài báo và là nghiên cứu sinh tại Khoa Thiên văn học tại Đại học Michigan, cho biết. Nghiên cứu cho thấy tỷ lệ deuterium/hydro của nước trong 3I/ATLAS lớn hơn khoảng 30 lần so với tỷ lệ đo được ở bất kỳ sao chổi nào trong hệ mặt trời và lớn hơn khoảng 40 lần so với tỷ lệ được tìm thấy trong các đại dương trên Trái đất. Tỷ lệ cực đoan này cho thấy nó hình thành trong một môi trường cực kỳ lạnh và nhận được mức bức xạ thấp hơn nhiều so với môi trường địa phương khi hệ mặt trời còn non trẻ.
Nhóm nghiên cứu khoa học đã chỉ ra rằng các tỷ lệ hóa học như deuterium/hydro trong nước là những "dấu vân tay" quan trọng để tìm hiểu các điều kiện hình thành sao chổi và hành tinh. Sau khi so sánh các dấu hiệu hóa học của 3I/ATLAS với các vật thể trong hệ mặt trời, các nhà nghiên cứu kết luận rằng sao chổi có khả năng được sinh ra ở một khu vực giữa các vì sao, nơi nhiệt độ mát hơn và bức xạ yếu hơn. “Điều này chứng tỏ rằng các điều kiện góp phần hình thành hệ mặt trời của chúng ta không phải là một khuôn mẫu chung trong vũ trụ.” Teresa Panek-Carreño, một trong những người đồng lãnh đạo bài báo và là trợ lý giáo sư thiên văn học tại Đại học Michigan Paneque-Carreño đã chỉ ra: “Điều này nghe có vẻ hiển nhiên, nhưng nhiều nhận định có vẻ ‘rõ ràng’ trong khoa học phải được xác nhận từng cái một bằng dữ liệu”.
Để tiến hành phân tích hóa học chi tiết như vậy về một vị khách đến từ giữa các vì sao, may mắn cũng rất quan trọng. Đầu tiên, 3I/ATLAS phải được phát hiện đủ sớm trong hệ mặt trời để các nhà thiên văn học có thể nắm bắt kịp thời thời gian quan sát của các kính thiên văn lớn. Sau khi hoàn tất việc xác nhận ban đầu, Salazar Manzano và nhóm của ông đã xin thành công thời gian quan sát tại Đài quan sát MDM ở Arizona, Mỹ, nơi họ thu được một số dấu hiệu sớm nhất về chất khí do sao chổi giải phóng.
Sau đó, ông hợp tác với Panek-Carreño, người chuyên nghiên cứu thành phần phân tử sử dụng kính thiên văn Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) ở Chile. ALMA đủ nhạy để phân biệt sự khác biệt về tín hiệu yếu giữa nước thông thường và nước nặng đã khử deterit, cho phép nhóm nghiên cứu tính toán trực tiếp tỷ lệ giữa hai loại nước này. Các nhà khoa học nhấn mạnh rằng đây là lần đầu tiên việc phân tích đồng vị nước mịn như vậy được thực hiện thành công trên một vật thể liên sao.
“Làm việc tại Đại học Michigan và được tiếp cận với các cơ sở vật chất này là chìa khóa để biến công việc này thành hiện thực,” Salazar Manzano nói. Ông nói rằng các thành viên trong nhóm có kinh nghiệm phong phú và thế mạnh bổ sung trong nhiều lĩnh vực, điều này cho phép họ tích hợp hiệu quả các dữ liệu quan sát khác nhau và đưa ra những giải thích vật lý có thể chịu được thử nghiệm.
Cho đến nay, cộng đồng thiên văn học mới chỉ xác nhận ba vị khách liên sao trong hệ mặt trời, một trong số đó là 3I/ATLAS. Các nhà nghiên cứu tin rằng nghiên cứu này cho thấy rằng miễn là điều kiện quan sát cho phép, việc "kiểm tra vật lý" hóa học của các vật thể giữa các vì sao là hoàn toàn khả thi trong tương lai, điều này sẽ mở ra một cánh cửa mới để tìm hiểu quá trình hình thành của các hệ hành tinh khác nhau trong Dải Ngân hà. Khi một thế hệ cơ sở khảo sát bầu trời mới xuất hiện trực tuyến, việc phát hiện ra những du khách giữa các vì sao như vậy dự kiến sẽ tăng lên đáng kể.
Panec-Carreño cũng nhấn mạnh rằng tầm quan trọng của việc bảo vệ bầu trời đêm tối và giảm ô nhiễm ánh sáng đang ngày càng tăng lên. Chỉ khi nền bầu trời đủ tối và trong, các nhà thiên văn học mới có thể tiếp tục thu được những tín hiệu yếu này từ không gian sâu.