Bí ẩn lõi Sao Mộc: Nghiên cứu mới thách thức giả thuyết va chạm hành tinh khổng lồ

Một hành tinh va chạm với lõi của Sao Mộc trong mô phỏng, gây ra sóng xung kích và sự trộn lẫn hỗn loạn. Nguồn: Thomas Sandnes

Thay vào đó, các nhà khoa học hiện tin rằng "lõi loãng" của nó - hỗn hợp mờ của đá, băng, hydro và heli - hình thành dần dần khi hành tinh này phát triển.

Bí ẩn lõi của Sao Mộc

Bí ẩn xung quanh lõi của Sao Mộc đã có bước ngoặt bất ngờ, khi nghiên cứu mới chỉ ra rằng một vụ va chạm lớn có thể không tạo ra lõi bất thường của hành tinh này.

Trong nhiều năm, các nhà khoa học tin rằng cấu trúc bên trong Sao Mộc có thể được giải thích bằng một vụ va chạm lớn trong lịch sử ban đầu của hành tinh này. Trong trường hợp này, một hành tinh chứa khoảng một nửa vật chất của lõi Sao Mộc sẽ va vào hành tinh khí khổng lồ này, khuấy động các lớp trung tâm của nó đủ để tạo nên cấu trúc được quan sát thấy ngày nay.

Nhưng một nghiên cứu được công bố trên Tạp chí Hàng tháng của Hội Thiên văn Hoàng gia lại đưa ra một lời giải thích khác. Theo nghiên cứu, lõi của Sao Mộc có thể đã hình thành từ quá trình hành tinh này dần dần hút cả các nguyên tố nặng và nhẹ vào trong quá trình phát triển và tiến hóa.

Những tiết lộ của Juno làm dấy lên câu hỏi

Dữ liệu từ tàu vũ trụ Juno của Cơ quan Hàng không và Vũ trụ Hoa Kỳ (NASA) cho thấy lõi Sao Mộc không kết thúc đột ngột như các nhà khoa học từng giả định. Thay vào đó, nó hòa quyện một cách mượt mà vào các lớp giàu hydro xung quanh, tạo thành cái gọi là lõi loãng.

Kể từ khi Juno phát hiện ra cấu trúc đáng kinh ngạc này, các nhà nghiên cứu đã cố gắng xác định cách thức hình thành một lõi khuếch tán như vậy. Để khám phá ý tưởng này, các nhà khoa học từ Đại học Durham, hợp tác với các đồng nghiệp tại NASA, SETI và CENSSS, Đại học Oslo , đã thực hiện các mô phỏng máy tính tiên tiến về các vụ va chạm hành tinh. Các mô hình này sử dụng các phương pháp mới để theo dõi tốt hơn cách các vật liệu khác nhau kết hợp với nhau, giúp kiểm tra xem liệu một vụ va chạm lớn có thể là nguyên nhân gây ra hình dạng bất thường của lõi hay không.

Vật liệu lõi nhanh chóng định hình lại trong các mô phỏng để tạo thành lõi có ranh giới rõ nét. Nguồn: Jacob Kegerries/Thomas Sandnes

Siêu máy tính thử nghiệm Sao Mộc

Các mô phỏng được chạy trên siêu máy tính DiRAC COSMA đặt tại Đại học Durham bằng phần mềm mã nguồn mở SWIFT hiện đại.

Nghiên cứu phát hiện ra rằng không có cấu trúc lõi pha loãng ổn định nào được tạo ra trong bất kỳ mô phỏng nào được tiến hành, ngay cả trong những mô phỏng có va chạm trong điều kiện khắc nghiệt.

Thay vào đó, các mô phỏng chứng minh rằng vật liệu lõi đá và băng dày đặc bị dịch chuyển do va chạm sẽ nhanh chóng định cư lại, tạo ra ranh giới riêng biệt với các lớp hydro và heli bên ngoài, thay vì hình thành vùng chuyển tiếp trơn tru giữa hai vùng.

Các nhà khoa học phản ứng với những phát hiện

Suy ngẫm về những phát hiện này, tác giả chính của nghiên cứu, Tiến sĩ Thomas Sandnes, thuộc Đại học Durham, cho biết: “Thật thú vị khi khám phá cách một hành tinh khổng lồ như Sao Mộc phản ứng với một trong những sự kiện dữ dội nhất mà một hành tinh đang phát triển có thể trải qua.

“Chúng tôi thấy trong các mô phỏng của mình rằng loại tác động này thực sự làm rung chuyển hành tinh đến tận lõi – nhưng không theo đúng cách để giải thích cấu trúc bên trong Sao Mộc mà chúng ta thấy ngày nay.”

Hình ảnh từ mô phỏng này cho thấy sự va chạm của vật thể va chạm với lõi Sao Mộc tạo ra các mô hình bất ổn định chất lỏng đáng kinh ngạc khi các vật liệu trộn lẫn. Nguồn: Jacob Kegerries/Thomas Sandnes

Sao Thổ góp phần vào câu đố

Sao Mộc không phải là hành tinh duy nhất có lõi loãng vì các nhà khoa học gần đây đã tìm thấy bằng chứng cho thấy Sao Thổ cũng có lõi như vậy.

Tiến sĩ Luis Teodoro thuộc Đại học Oslo cho biết: “Thực tế là Sao Thổ cũng có lõi loãng củng cố ý tưởng rằng những cấu trúc này không phải là kết quả của các tác động hiếm gặp, có năng lượng cực cao mà thay vào đó hình thành dần dần trong quá trình phát triển và tiến hóa lâu dài của hành tinh.”

Những phát hiện của nghiên cứu này cũng có thể giúp các nhà khoa học hiểu rõ hơn và diễn giải nhiều ngoại hành tinh có kích thước tương đương Sao Mộc và Sao Thổ đã được quan sát xung quanh các ngôi sao xa xôi. Nếu lõi loãng không được tạo ra bởi các va chạm hiếm gặp và cực đoan, thì có lẽ hầu hết hoặc tất cả các hành tinh này đều có cấu trúc bên trong tương đối phức tạp.

Công cụ mới cho những bí ẩn vũ trụ

Đồng tác giả của nghiên cứu, Tiến sĩ Jacob Kegerreis, cho biết: “Những vụ va chạm lớn là một phần quan trọng trong lịch sử của nhiều hành tinh, nhưng chúng không thể giải thích được mọi thứ!

“Dự án này cũng đẩy nhanh thêm một bước nữa trong quá trình phát triển những phương pháp mới để mô phỏng các sự kiện thảm khốc này một cách chi tiết hơn, giúp chúng tôi tiếp tục thu hẹp phạm vi tìm hiểu về sự đa dạng đáng kinh ngạc của các thế giới mà chúng ta thấy trong Hệ Mặt trời và xa hơn nữa.”

La Khê (Theo SciTech Daily)