Khi xem lại dữ liệu quan sát kính thiên văn từ năm 2020, nhà thiên văn Anastasios (Andy) Tzanidakis nhận thấy điều bất thường. Một ngôi sao vốn phải có độ sáng ổn định lại xuất hiện những biến động lạ.

Ngôi sao này, có tên Gaia20ehk, nằm cách Trái Đất khoảng 11.000 năm ánh sáng gần chòm sao Puppis. Nó được phân loại là một sao “dãy chính” ổn định giống như Sun, nghĩa là độ sáng của nó đáng lẽ phải gần như không thay đổi theo thời gian. Tuy nhiên, ngôi sao này lại bắt đầu nhấp nháy dữ dội.

“Tín hiệu ánh sáng của ngôi sao vốn rất ổn định, nhưng начиная từ năm 2016 thì xuất hiện ba lần giảm độ sáng. Và đến khoảng năm 2021, nó trở nên hoàn toàn hỗn loạn,” Tzanidakis, nghiên cứu sinh tiến sĩ thiên văn tại University of Washington cho biết. “Những ngôi sao như Mặt Trời không hành xử như vậy. Vì thế khi thấy hiện tượng này, chúng tôi lập tức tự hỏi: chuyện gì đang xảy ra?”

Bụi và mảnh vỡ từ một vụ va chạm hành tinh

Các nhà khoa học nhanh chóng nhận ra sự nhấp nháy này không đến từ bản thân ngôi sao. Thay vào đó, một lượng lớn vật chất đá và bụi đang chuyển động quanh ngôi sao và đi qua đường nhìn từ Trái Đất, làm che khuất một phần ánh sáng.

Lời giải thích hợp lý nhất cho đám mây mảnh vỡ khổng lồ này là một sự kiện rất dữ dội: hai hành tinh có thể đã va chạm với nhau, bắn tung các mảnh vỡ và bụi vào quỹ đạo quanh ngôi sao.

“Thật đáng kinh ngạc khi nhiều kính thiên văn khác nhau đã ghi lại được vụ va chạm này theo thời gian thực,” Tzanidakis nói. “Hiện chỉ có rất ít trường hợp va chạm hành tinh từng được ghi nhận, và chưa có trường hợp nào giống với vụ va chạm đã tạo ra Trái Đất và Mặt Trăng. Nếu quan sát thêm các sự kiện như vậy trong thiên hà, chúng ta sẽ hiểu rõ hơn về sự hình thành của thế giới mình.”

Nghiên cứu về Gaia20ehk đã được công bố ngày 11 tháng 3 trên The Astrophysical Journal Letters.

Cách các hệ hành tinh hình thành

Các hệ hành tinh hình thành từ những đám mây vật chất bao quanh các ngôi sao trẻ. Lực hấp dẫn dần kéo bụi, khí, băng và đá lại với nhau thành các thiên thể lớn hơn. Trong giai đoạn đầu, va chạm giữa các “mầm” hành tinh là điều phổ biến.

Các hệ sao trẻ thường rất hỗn loạn: các thiên thể liên tục va chạm, vỡ ra hoặc bị bắn ra khỏi hệ. Sau hàng chục triệu năm, những tương tác này giảm dần, giúp hệ ổn định.

Dù các va chạm như vậy có thể phổ biến trong vũ trụ, việc quan sát trực tiếp từ Trái Đất lại rất khó. Các mảnh vỡ phải đi đúng giữa ngôi sao và kính thiên văn để làm giảm ánh sáng. Ngay cả khi xảy ra, sự thay đổi độ sáng cũng có thể mất nhiều năm mới thể hiện rõ.

James Davenport, đồng tác giả chính, cho biết: “Công trình của Andy tận dụng dữ liệu kéo dài hàng thập kỷ để tìm ra những hiện tượng diễn ra chậm—những câu chuyện thiên văn kéo dài cả một thập kỷ. Không nhiều nhà nghiên cứu tìm kiếm hiện tượng theo cách này, nên vẫn còn rất nhiều khám phá tiềm năng.”

Giải mã bí ẩn bằng quan sát hồng ngoại

Tzanidakis chuyên nghiên cứu các ngôi sao có độ sáng thay đổi theo thời gian dài. Trước đây, anh từng phát hiện một hệ gồm sao đôi và đám mây bụi gây ra hiện tượng “nhật thực” kéo dài 7 năm.

Tuy nhiên, Gaia20ehk lại là một trường hợp hoàn toàn mới: ban đầu có các lần giảm độ sáng ngắn, sau đó là biến động hỗn loạn—một kiểu chưa từng được quan sát trước đây.

Bước đột phá đến khi nhóm nghiên cứu phân tích dữ liệu ở vùng hồng ngoại thay vì ánh sáng nhìn thấy.

“Đường cong ánh sáng hồng ngoại hoàn toàn ngược lại với ánh sáng nhìn thấy,” Tzanidakis nói. “Khi ánh sáng nhìn thấy giảm và nhấp nháy, tín hiệu hồng ngoại lại tăng mạnh. Điều này cho thấy vật chất che khuất ngôi sao rất nóng—nóng đến mức phát sáng trong vùng hồng ngoại.”

Một vụ va chạm dữ dội giữa các hành tinh sẽ tạo ra nhiệt lượng lớn, giải thích tín hiệu hồng ngoại mạnh. Điều này cũng có thể giải thích các lần giảm độ sáng trước đó.

“Có thể ban đầu hai hành tinh tiến lại gần nhau và va chạm nhẹ nhiều lần,” anh nói. “Những va chạm này không tạo ra nhiều năng lượng hồng ngoại. Sau đó, xảy ra cú va chạm lớn mang tính thảm họa, khiến tín hiệu hồng ngoại tăng vọt.”

Gợi ý về sự hình thành hệ Trái Đất – Mặt Trăng

Các nhà nghiên cứu cũng nhận thấy điểm tương đồng giữa sự kiện này và vụ va chạm cổ đại đã tạo ra Moon cách đây khoảng 4,5 tỷ năm.

Đám mây mảnh vỡ quanh Gaia20ehk quay ở khoảng cách xấp xỉ 1 đơn vị thiên văn—gần bằng khoảng cách giữa Earth và Sun. Ở khoảng cách này, vật chất có thể nguội dần và kết tụ lại, có khả năng hình thành một hệ tương tự Trái Đất – Mặt Trăng.

Hiện tại, các nhà khoa học chưa thể xác định kết quả cuối cùng. Các mảnh vỡ cần thời gian để ổn định và tiến hóa, quá trình này có thể kéo dài nhiều năm, thậm chí hàng triệu năm.

Kính thiên văn tương lai có thể phát hiện nhiều vụ va chạm hơn

Phát hiện này nhấn mạnh tầm quan trọng của việc tìm kiếm thêm các sự kiện tương tự. Kính thiên văn Simonyi Survey tại Vera C. Rubin Observatory dự kiến sẽ đóng vai trò lớn khi bắt đầu dự án khảo sát bầu trời trong thời gian và không gian trong năm nay.

Theo ước tính của Davenport, đài quan sát này có thể phát hiện khoảng 100 vụ va chạm hành tinh tương tự trong thập kỷ tới. Điều này sẽ giúp các nhà khoa học hiểu rõ hơn về cách các hệ hành tinh tiến hóa và mức độ phổ biến của những thế giới giống Trái Đất.

“Sự kiện đã tạo ra Trái Đất và Mặt Trăng hiếm đến mức nào? Đây là câu hỏi cốt lõi của sinh học vũ trụ,” Davenport nói. “Mặt Trăng dường như là một yếu tố quan trọng giúp Trái Đất phù hợp cho sự sống: nó giúp chắn bớt tiểu hành tinh, tạo thủy triều và khí hậu giúp các phản ứng hóa học và sinh học diễn ra trên quy mô toàn cầu, và có thể còn ảnh hưởng đến hoạt động kiến tạo mảng. Hiện chúng ta chưa biết những điều này phổ biến đến đâu. Nhưng nếu quan sát thêm các vụ va chạm như vậy, chúng ta sẽ dần tìm ra câu trả lời.”