Hàng tỉ năm lõi đá vẫn còn trơ

Những kết quả mới nhất từ phi thuyền thám hiểm vũ trụ Rosetta cho thấy tiểu hành tinh 21 Lutetia có thể có một cái lõi đặc giàu kim loại hình thành ở giai đoạn rất sớm của hệ mặt trời. Thật ra thì một một cái lõi nguyên thủy nằm bên dưới những lớp đá như vậy đang thách thức kiến thức của chúng ta về hệ mặt trời trông như thế nào trước khi các hành tinh ra đời.

Rosetta do Cơ quan Vũ trụ châu Âu phóng lên vào năm 2004 và mục tiêu cuối cùng của nó là Rosetta đi vào cự li cách 21 Lutetia 3200 km hồi tháng 7 năm 2010 và đã tiến hành những phép đo chi tiết của tiểu hành tinh đó. Trong Hôm 28/10, các nhà thiên văn vừa cho công bố ba bài báo khoa học dựa trên những phép đo thể tích, khối lượng và đặc trưng phổ đó – với những kết quả thật bất ngờ.

Trong chuyến bay qua, 60 hình ảnh thu từ thiết bị Hệ thống Chụp ảnh Từ xa Quang học, Quang phổ và Hồng ngoại của Rosetta (OSIRIS) đã được sử dụng để xác định kích cỡ của tiểu hành tinh trên chừng 121 × 101 × 75 km, thể tích tổng thể chỉ lệch 5% so với dự đoán của những phép đo trên mặt đất. “Tôi rất bất ngờ trước hai kĩ thuật lại khớp nhau như vậy”, phát biểu của Holger Sierks thuộc Viện Nghiên cứu Hệ Mặt trời Max Planck ở Đức, và là tác giả của một trong ba bài báo trên.

Ảnh chụp OSIRIS của tiểu hành tinh 21 Lutetia trong chuyến bay qua của phi thuyền vũ trụ Rosetta hôm 10/7/2010. (Ảnh: ESA 2010 MPS for OSIRIS Team MPS/UPD/LAM/IAA/RSSD/INTA/UPM/DASP/IDA)

Cảm nhận lực kéo giật hấp dẫn

Bài báo thứ hai báo cáo về khối lượng của 21 Lutetia, suy luận ra từ tác dụng hấp dẫn mà tiểu hành tinh có đối với phi thuyền đang tiến đến gần. Vận tốc của Rosetta bị biến đổi bởi lực kéo giật của tiểu hành tinh và sự kéo giật này tự biểu hiện qua sự lệch Doppler trong tín hiệu vô tuyến phản hồi về Trái đất. Sau khi xét đến tác dụng hấp dẫn của những thiên thể khác thuộc hệ mặt trời, 21 Lutetia đã làm thay đổi tần số của tín hiệu Rosetta đi 36,2 mHz, tương đương với khối lượng 1,7 × 10¹⁸ kg.

Với khối lượng và thể tích đã biết của tiểu hành tinh, các nhà nghiên cứu đã có thể tính ra tỉ trọng của nó. Cái họ tìm thấy khiến họ bất ngờ. “Hóa ra 21 Lutetia là một trong những tiểu hành tinh đặc nhất từng được biết”, Sierks giải thích. Với khối lượng riêng 3,4 g/cm³, nó đặc hơn đa số các mẫu thiên thạch. Đa số các tiểu hành tinh đã quan sát trước đây có tỉ trọng nằm trong khoảng 1,2 đến 2,7 g/cm³. Đây là vì đa số là tiêu hành tinh "Humpty-Dumpty": những tiểu hành tinh đã bị va chạm xé toạc ra trước khi từ từ nhập trở lại bởi sự hấp dẫn. Khoảng trống giữa những khối đá kết hợp trở lại làm cho những tiểu hành tinh này có tỉ trọng thấp – nhưng kết quả Rosetta cho thấy 21 Lutetia không thể là một tiểu hành tinh như thế.

Các nhà nghiên cứu còn sử dụng thiết bị Quang phổ kế Chụp ảnh Nhìn thấy, Hồng ngoại và Nhiệt của Rosetta (VIRTIS) để xác định thành phần của tiểu hành tinh. Họ công bố kết quả trong bài báo thứ ba. Họ kết luận rằng regolith của 21 Lutetia – lớp bụi và đất nằm bên trên đá phía dưới – thể hiện những tính chất nhiệt tương tự với bột mịn tìm thấy trên Mặt trăng. Do đó, regolith của tiểu hành tinh trên có khả năng có tỉ trọng khoảng 1,3 g/cm³. Điều này có nghĩa là phần bên trong của tiểu hành tinh phải đặc hơn con số chung 3,4 g/cm³. VIRTIS cũng không tìm thấy dấu hiệu của các khoáng chất kim loại trên bề mặt 21 Lutetia, cái cung cấp một manh mối quan trọng cho nguồn gốc của tiểu hành tinh trên.

Phần lõi nguyên thủy còn nguyên vẹn

Sỉeks tin rằng các kết quả Rosetta cho thấy 21 Lutetia có nguồn gốc nguyên thủy. “Một cái lõi giàu kim loại, hình thành khoảng 1-2 triệu năm sau sự ra đời của hệ mặt trời, sẽ giải thích cho tỉ trọng cao như thế và có lẽ còn giải thích tại sao chúng ta không tìm thấy kim loại trên bề mặt nữa”, ông nói. Nó phải hình thành sớm để các đồng vị phóng xạ phân rã nhanh làm cho tiểu hành tinh tan chảy, cho phép những chất liệu nặng nhất [kim loại] chìm xuống phần tâm. “Điều đó biến 21 Lutetia thành một mầm hành tinh [một viên gạch cấu trúc của các hành tinh] và ban đầu nó phải có dạng cầu”, ông bổ sung thêm. Hàng tỉ năm va chạm với các vật thể đã dần dần nắn 21 Lutetia thành một vật thể xương xấu như ngày nay, còn phần lõi nguyên thủy của nó vẫn giữ nguyên vẹn.

Tuy nhiên, không phải ai cũng đồng ý với cách lí giải lõi đặc. “Dữ liệu thì lớn, nhưng cách lí giải đó có chỗ hỏng”, cảnh báo của Denton Ebel, một nhà nghiên cứu thiên thạch tại Bảo tàng Lịch sử Tự nhiên nước Mĩ ở New York. “Cách suy luận ra thành phần mầm hành tinh giàu kim loại là có tính co giãn”, ông nói.

Tuy nhiên, nếu đúng như vậy, thì Erik Asphaug, thuộc trường Đại học California, Santa Cruz, nghĩ rằng kết quả trên vẫn gây ra một số trở ngại. “Quan điểm có một vật thể khác biệt nhiều, đồng thời bị phủ trong đá, không khớp với sự hiểu biết trước đây của chúng ta về cách thức hệ mặt trời hình thành”, ông nói. “Dường như Lutetia vi phạm một số quy tắc thần thánh của nguồn gốc hệ mặt trời”.

Bộ ba bài báo công bố trên tạp chí Science.

Nguồn: physicsworld.com