Sao chổi liên sao 3I/ATLAS hé lộ bí mật đặc biệt về Hệ Mặt Trời

Các nhà thiên văn học vừa hướng Kính viễn vọng không gian James Webb (JWST) vào sao chổi liên sao 3I/ATLAS và thu được những phát hiện đáng chú ý về thành phần hóa học của nó. Không chỉ giúp giải mã nguồn gốc của vị khách đến từ ngoài Hệ Mặt Trời, kết quả nghiên cứu còn hé lộ những manh mối mới về cách các hành tinh hình thành quanh những ngôi sao xa xôi.

Kính viễn vọng Không gian James Webb đã quan sát sao chổi liên sao 3I/ATLAS vào ngày 6/8/2025 bằng thiết bị Quang phổ Cận hồng ngoại (NIRSpec). Nguồn: NASA/JWST

3I/ATLAS có nguồn gốc từ không gian liên sao, bên ngoài Hệ Mặt Trời và là vật thể thứ ba thuộc loại này từng được con người phát hiện. Bằng cách phân tích những hạt băng cực nhỏ thoát ra từ sao chổi, nhóm nghiên cứu do Viện Nghiên cứu Tây Nam (Southwest Research Institute – SwRI) dẫn đầu đã tìm thấy những dấu vết quan trọng về điều kiện hình thành các vật liệu sơ khai tạo nên hành tinh trong những hệ sao khác.

Điều thú vị là mặc dù ban đầu 3I/ATLAS có vẻ rất khác biệt so với phần lớn sao chổi từng được quan sát, đặc điểm hóa học của nó lại tương đồng đáng kinh ngạc với những thiên thể băng giá ở rìa ngoài Hệ Mặt Trời.

Giải mã vị khách liên sao từ không gian sâu thẳm

Sao chổi liên sao là những thiên thể nhỏ chứa nhiều băng, hình thành trong các đĩa khí và bụi bao quanh những ngôi sao xa xôi. Sau khi bị đẩy ra khỏi hệ sao nơi chúng ra đời, những vật thể này lang thang trong không gian liên sao và đôi khi có quỹ đạo đưa chúng đi xuyên qua Hệ Mặt Trời.

Khác với các sao chổi có nguồn gốc trong Hệ Mặt Trời, vốn liên tục quay quanh Mặt Trời theo những quỹ đạo nhất định, sao chổi liên sao chỉ ghé thăm chúng ta một lần. Khi rời khỏi vùng quan sát, chúng sẽ tiếp tục hành trình trong không gian sâu thẳm và gần như không có cơ hội quay trở lại.

Các nghiên cứu trước đây cho thấy 3I/ATLAS có thể hình thành từ thời kỳ rất sớm trong lịch sử vũ trụ. Điều này khiến nó trở thành một dạng "hộp thời gian nguyên thủy", lưu giữ những thông tin quý giá về hệ sao nơi vật thể ra đời.

Tiến sĩ Silvia Protopapa thuộc SwRI, tác giả chính của nghiên cứu, giải thích rằng khi 3I/ATLAS tiến gần Mặt Trời và nóng lên, khí thoát ra từ bên trong sao chổi sẽ cuốn theo các hạt băng và bụi, tạo thành lớp đám mây vật chất bao quanh vật thể, còn gọi là vùng đầu sao chổi (coma).

Những hạt vật chất này lưu giữ manh mối về điều kiện môi trường tại nơi sao chổi hình thành.

Để tìm hiểu thành phần của chúng, nhóm nghiên cứu đã sử dụng thiết bị quang phổ cận hồng ngoại (NIRSpec) trên kính viễn vọng James Webb. Các quan sát được thực hiện ba lần trong khoảng thời gian từ tháng 8/2025 đến tháng 4/2026, bao gồm cả giai đoạn trước và sau khi 3I/ATLAS tiếp cận Mặt Trời gần nhất.

Bằng cách phân tích ánh sáng từ sao chổi thành các bước sóng thành phần, NIRSpec giúp các nhà khoa học xác định chính xác hơn thành phần hóa học cũng như trạng thái vật lý của vật chất mà nó giải phóng vào không gian.

Một trong những dấu hiệu quan trọng mà các nhà thiên văn học tìm kiếm là đặc trưng quang phổ của nước đá trong vùng hồng ngoại. Nước đá thường để lại những dấu hiệu hấp thụ ánh sáng đặc trưng, bao gồm một dải hấp thụ mạnh gần bước sóng 3 micromet và hai dải yếu hơn ở khoảng 1,5 và 2 micromet.

Phần lớn sao chổi băng giá trong Hệ Mặt Trời đều thể hiện đầy đủ cả ba đặc điểm này. Tuy nhiên, 3I/ATLAS lại khiến nhóm nghiên cứu bất ngờ.

Hình ảnh sao chổi 3I/ATLAS chụp bởi thiết bị NIRSpec trên Kính viễn vọng Không gian James Webb, cho thấy sự hiện diện của nước trên sao chổi này. Nguồn: NASA, ESA, CSA, STScI

Dữ liệu từ James Webb cho thấy dải hấp thụ gần 3 micromet của sao chổi rất rõ rệt, trong khi hai dải ở 1,5 và 2 micromet lại cực kỳ yếu, thậm chí gần như biến mất.

Để giải thích hiện tượng, nhóm nghiên cứu đã đối chiếu dữ liệu quan sát với các mô hình máy tính chi tiết. Kết quả cho thấy vật chất thoát ra từ 3I/ATLAS chủ yếu bao gồm những tập hợp hạt cực nhỏ, có kích thước khoảng một micromet hoặc nhỏ hơn, cấu thành từ nước đá nhưng chứa tỷ lệ bụi rất cao.

Hai đoạn phim tua nhanh thời gian (time-lapse) về sao chổi liên sao 3I/ATLAS, được ghi lại bằng thiết bị FORS2 trên Kính viễn vọng VLT của Đài quan sát Nam Âu (ESO) vào tháng 1 và tháng 2/2026. Nguồn: ESO/O. Hainaut

Cấu trúc đặc biệt này có thể giải thích sự khác thường trong quang phổ của sao chổi. Khi các hạt băng có kích thước rất nhỏ và trộn lẫn nhiều bụi, ánh sáng chỉ truyền qua một quãng ngắn bên trong lớp băng. Điều đó làm suy yếu các dải hấp thụ ở bước sóng 1,5 và 2 micromet, trong khi dải hấp thụ nổi bật gần 3 micromet vẫn được duy trì.

3I/ATLAS giống những thiên thể băng giá ngoài sao Hải Vương

Một phát hiện đáng chú ý khác là đặc tính của các hạt vật chất dường như thay đổi trong hành trình của 3I/ATLAS quanh Mặt Trời.

Trong lần quan sát cuối cùng vào tháng 4/2026, khi sao chổi đang di chuyển ra xa Mặt Trời, James Webb phát hiện dấu hiệu của một nhóm hạt băng khác có kích thước lớn hơn và giàu băng hơn. Tuy nhiên, những hạt này vẫn chỉ có kích thước khoảng một micromet.

Nhóm nghiên cứu đưa ra hai khả năng để giải thích sự thay đổi. Thứ nhất, nhiệt lượng từ Mặt Trời có thể tác động khác nhau lên các hạt vật chất ở từng giai đoạn trên quỹ đạo. Thứ hai, nhiệt độ cao có thể bào mòn lớp bề mặt sao chổi, khiến những vật chất mới bên dưới được phơi lộ và giải phóng vào không gian.

Dù vậy, phát hiện quan trọng nhất nằm ở sự tương đồng giữa quang phổ của 3I/ATLAS với nhóm thiên thể xuyên Hải Vương tinh (Trans-Neptunian Objects – TNOs).

Đây là những vật thể băng giá nằm bên ngoài quỹ đạo sao Hải Vương, tại vùng rìa xa xôi của Hệ Mặt Trời. Chúng được xem là những vật liệu còn sót lại từ quá trình hình thành hệ hành tinh và được bảo tồn tương đối nguyên vẹn nhờ môi trường lạnh giá, ít chịu tác động của nhiệt lượng Mặt Trời.

Kính viễn vọng Không gian James Webb phát hiện thành phần hóa học của sao chổi 3I/ATLAS tương tự như các thiên thể băng giá nằm ngoài sao Hải Vương trong Hệ Mặt Trời. Nguồn: SWRI

Tương tự 3I/ATLAS, nhiều thiên thể xuyên Hải Vương tinh cũng không có các dải hấp thụ nước đá mạnh ở bước sóng 1,5 và 2 micromet, đồng thời sở hữu hình dạng dải hấp thụ gần 3 micromet tương đồng.

Phát hiện này cho thấy một vật thể hình thành quanh ngôi sao xa xôi có thể sở hữu những đặc điểm vật lý tương tự các thiên thể nguyên thủy ở vùng ngoài Hệ Mặt Trời.

Không chỉ giúp hiểu rõ thành phần của 3I/ATLAS, nghiên cứu còn mang ý nghĩa rộng hơn đối với việc tìm hiểu quá trình hình thành các hệ hành tinh trong thiên hà.

Theo nhóm khoa học, những viên gạch xây dựng nên hành tinh, còn gọi là các tiền hành tinh (planetesimals), quanh những ngôi sao khác có thể chia sẻ nhiều đặc điểm vật lý với vật chất hình thành các hành tinh trong Hệ Mặt Trời.

Nghiên cứu gợi ý rằng trong các đĩa vật chất hình thành hành tinh, nước đá ban đầu có thể tồn tại dưới dạng những hạt cực nhỏ, kích thước chỉ khoảng một micromet. Thành phần của chúng trải dài từ băng tương đối tinh khiết đến hỗn hợp chứa nhiều bụi, trong đó 3I/ATLAS thuộc nhóm có hàm lượng bụi cao.

Điều này có thể đồng nghĩa với việc cấu trúc vật lý của nước đá trong các đĩa hình thành hành tinh được xác lập từ rất sớm và tiếp tục được bảo tồn trong những thiên thể băng giá suốt hàng tỷ năm.

Các nhà khoa học kỳ vọng những quan sát tiếp theo của James Webb đối với sao chổi trong Hệ Mặt trời cũng như các vị khách liên sao trong tương lai sẽ giúp kiểm chứng giả thuyết này.

(Theo Skyatnightmagazine, Space, SciTechDaily)