"Dấu vân tay" bên trong Mặt Trời có thể tiết lộ hành tinh từng bị nuốt chửng

Các nhà thiên văn học từ lâu đã nghi ngờ rằng Mặt Trời có thể từng nuốt chửng một hành tinh cỡ siêu Trái Đất trong giai đoạn đầu của lịch sử. Giờ đây, một nghiên cứu mới cho rằng sự kiện đó có thể đã để lại những dấu vết có thể đo lường được bên trong ngôi sao của chúng ta — những "dấu vân tay" vẫn còn hiện diện cho đến ngày nay.

Minh họa nghệ thuật về một ngôi sao đang nuốt chửng một hành tinh, đường màu xanh thể hiện quỹ đạo hành tinh lao dần về phía ngôi sao

Mặt Trời có thể từng "ăn thịt" một siêu Trái Đất

Nghiên cứu được công bố trên tạp chí Monthly Notices of the Royal Astronomical Society đã khám phá ý tưởng về một "chữ ký" có thể đo lường được — hay còn gọi là "dấu vân tay" — trong lòng Mặt Trời hiện tại. Giáo sư Mutlu Yildiz từ Đại học Ege (Thổ Nhĩ Kỳ), tác giả chính của nghiên cứu, cho biết:

"Nghiên cứu mới của chúng tôi gợi ý rằng một hành tinh nặng gấp vài lần Trái Đất có thể đã rơi vào Mặt Trời thời trẻ và để lại dấu ấn hóa học lâu dài sâu bên trong nó."

Bằng cách mô hình hóa quá trình tiến hóa của Mặt Trời và so sánh kết quả với các quan sát chính xác về cấu trúc bên trong, nhóm nghiên cứu nhận thấy việc "nuốt chửng" một siêu Trái Đất có thể giúp giải thích những khác biệt tồn tại từ lâu giữa mô hình Mặt Trời tiêu chuẩn và các quan sát thực tế — bao gồm những thay đổi tinh tế trong cấu trúc bên trong và sự thiếu hụt lithium đáng chú ý.

Điều thú vị là nhóm nghiên cứu còn phát hiện rằng một hành tinh như vậy có thể tồn tại qua lớp ngoài của Mặt Trời mà mất đi rất ít khối lượng. Điều này cho thấy các hành tinh có thể để lại dấu vân tay có thể phát hiện được bên trong ngôi sao chủ của chúng, rất lâu sau khi chúng đã biến mất.

Giải mã những bí ẩn lâu năm về Mặt Trời

Trong nhiều thập kỷ, các mô hình Mặt Trời dựa trên vật lý tiến hóa sao tiêu chuẩn gặp khó khăn trong việc tái tạo đồng thời một số quan sát địa chấn Mặt Trời (helioseismic), đặc biệt là cấu trúc tốc độ âm thanh ngay dưới vùng đối lưu và độ sâu của vùng đối lưu. Đồng thời, Mặt Trời cũng cho thấy sự thiếu hụt lithium rõ rệt trên bề mặt.

Giáo sư Yildiz giải thích:

"Chúng tôi quan tâm liệu những vấn đề này có thể có cùng một nguồn gốc từ lịch sử hóa học ban đầu của Mặt Trời hay không. Các ngôi sao trẻ được bao quanh bởi đĩa tiền hành tinh, nơi một lượng lớn vật chất có thể di chuyển giữa đĩa và ngôi sao."

Vì các hành tinh được tạo thành từ vật chất có thành phần hóa học khác với khí trong đĩa, nhóm nghiên cứu đặt câu hỏi liệu việc nuốt chửng hành tinh sớm có thể để lại dấu vết hóa học bên trong Mặt Trời thời trẻ hay không.

Mô hình hóa hé lộ khối lượng cụ thể

Nhóm nghiên cứu đã sử dụng mã tiến hóa sao MESA để kiểm tra ý tưởng này. Họ khám phá nhiều kịch bản bồi tụ khác nhau và so sánh các mô hình Mặt Trời thu được với các ràng buộc địa chấn và thành phần bề mặt, đồng thời kiểm tra các giải thích thay thế liên quan đến phương trình trạng thái, độ mờ (opacity) và các mô tả khác nhau về trộn nhiễu loạn và đối lưu.

Kết quả ủng hộ kịch bản trong đó Mặt Trời thời trẻ đã nuốt chửng một siêu Trái Đất có khối lượng gấp 5–10 lần Trái Đất. Đáng chú ý, mô hình của họ không chỉ giải thích một câu đố duy nhất mà còn đồng thời khớp với nhiều phép đo độc lập về Mặt Trời, bao gồm quan sát cấu trúc bên trong và lượng lithium thấp bất thường.

"Chúng tôi nghĩ việc nuốt chửng hành tinh có thể ảnh hưởng đến cấu trúc Mặt Trời, nhưng không ngờ các tính toán lại hội tụ về một khoảng khối lượng siêu Trái Đất cụ thể đến vậy. Đó là một trong những kết quả thú vị nhất của nghiên cứu," Giáo sư Yildiz cho biết.

Bài toán siêu Trái Đất "mất tích"

Các nhà thiên văn học từ lâu đã tự hỏi tại sao nhiều hệ sao khác dường như có các siêu Trái Đất lớn, trong khi hệ Mặt Trời của chúng ta lại không có. Nghiên cứu mới trích dẫn công trình trước đây của Martin & Livio (2016), gợi ý rằng một hoặc nhiều siêu Trái Đất có thể đã hình thành bên trong quỹ đạo Sao Thủy và di chuyển vào trong qua đĩa khí, có khả năng rơi vào Mặt Trời thời trẻ.

Tuy nhiên, dù nghiên cứu trước đây đưa ra con đường lý thuyết cho một sự kiện nuốt chửng, nó không bắt buộc rằng hành tinh đó cuối cùng đã bị ngôi sao của chúng ta nuốt chửng.

"Công trình trước đây đề xuất rằng một siêu Trái Đất có thể đã hình thành và di chuyển vào Mặt Trời thời trẻ. Bài báo của chúng tôi đặt câu hỏi liệu bản thân Mặt Trời có thể vẫn mang bằng chứng quan sát được rằng sự kiện nuốt chửng đó thực sự đã xảy ra hay không, và chúng tôi tin rằng điều đó là có thể," Giáo sư Yildiz kết luận.

Bước tiếp theo

Giáo sư Yildiz thừa nhận rằng có thể không thể chứng minh một cách dứt khoát rằng Mặt Trời đã nuốt chửng một hành tinh. Tuy nhiên, nếu chữ ký cấu trúc và hóa học được dự đoán có thể được xác định độc lập thông qua quan sát địa chấn Mặt Trời hoặc các quan sát khác, đó sẽ là bằng chứng mạnh mẽ cho một sự kiện đã xảy ra cách đây hàng tỷ năm.

"Bước tiếp theo là xem liệu những dấu vân tay này có thể được phát hiện một cách độc lập hay không."

Nghiên cứu này không chỉ mở ra hướng đi mới trong việc hiểu về lịch sử Mặt Trời mà còn gợi ý rằng các hệ sao hành tinh có thể lưu giữ ký ức hóa học về những sự kiện hủy diệt trong quá khứ — một lĩnh vực đầy triển vọng cho thiên văn học hiện đại.