Mặt Trăng hình thành siêu nhanh và cái nhìn mới về lịch sử Hệ Mặt Trời
Khái niệm “Mặt Trăng hình thành” trong bối cảnh các nghiên cứu mới mô tả quá trình vệ tinh tự nhiên của Trái Đất được sinh ra gần như tức thời sau một vụ va chạm hành tinh sơ khai khổng lồ, cho thấy lịch sử Hệ Mặt Trời có thể diễn ra nhanh hơn và dữ dội hơn hầu hết các mô hình cổ điển từng dự đoán. Mặt Trăng có thể đã xuất hiện nhanh đến khó tin: chỉ khoảng 5 giờ sau một trong những vụ va chạm dữ dội nhất lịch sử Hệ Mặt Trời. Nếu điều này đúng, chúng ta phải từ bỏ hình dung “chậm mà chắc” về vũ trụ sơ khai, thay bằng một bức tranh cực kỳ năng động, nơi các thiên thể được sinh ra trong những khoảnh khắc hỗn loạn và bạo liệt. Điểm đáng nói là kịch bản này không đến từ suy đoán cảm tính mà được củng cố bởi các mô phỏng máy tính mới, trong đó các nhà khoa học lần đầu đưa nhiệt độ bên trong của các hành tinh nguyên thủy vào bài toán va chạm. Khi Trái Đất non trẻ bị một hành tinh cỡ sao Hỏa – Theia – lao vào, nhiệt độ đã quyết định cách vật chất bị phá hủy, phun trào và tái kết tụ thành vệ tinh. Đây không chỉ là chi tiết kỹ thuật; nó là mấu chốt cho cách chúng ta kể lại câu chuyện nguồn gốc Mặt Trăng.
Va chạm hành tinh sơ khai: Mặt Trăng sinh ra trong 5 giờ, không phải hàng triệu năm
Giả thuyết va chạm khổng lồ – Theia đâm vào Trái Đất khoảng 4,5 tỷ năm trước – đã lâu là kịch bản hàng đầu cho nguồn gốc Mặt Trăng. Nhưng điều mới mẻ là tốc độ hình thành: thay vì một đĩa mảnh vụn quẩn quanh rồi kết tụ dần hàng triệu năm, các mô phỏng gần đây cho thấy một Mặt Trăng gần như hoàn chỉnh có thể hình thành trong vài giờ. Adeene Denton và cộng sự đã làm điều mà các mô hình cũ bỏ qua: cho độ bền vật chất phụ thuộc nhiệt độ vào mô phỏng, để thấy một Trái Đất và Theia nóng sẽ vỡ, biến dạng và phân bố mảnh vụn rất khác so với khi chúng nguội hơn. Theo các mô hình này, khi các hành tinh trong Hệ Mặt Trời còn nóng rực vì lượng nhiệt khổng lồ bên trong, cú đâm với Theia có thể phá hủy gần như toàn bộ thiên thể này, hất lượng vật chất khổng lồ lên quỹ đạo Trái Đất và "đúc" nên Mặt Trăng trong khoảng 5 giờ. Một câu nói đáng trích là: “Khi tôi sử dụng những thông số tương tự các mô hình va chạm ban đầu, bao gồm cấu trúc nhiệt độ giống nhau bên trong cả hai thiên thể, một Mặt Trăng hoàn chỉnh đã xuất hiện chỉ sau khoảng 5 giờ”, Denton cho biết. Điều này biến Mặt Trăng thành sản phẩm của một cơn bùng nổ thiên thể chớp nhoáng, chứ không phải quá trình tích tụ chậm chạp.
Hành tinh đá sớm sau Big Bang: các thế giới có thể sinh sống được ra đời trước cả thiên hà
Song song với câu chuyện Mặt Trăng, một mô phỏng khác về vũ trụ sơ khai cho thấy những hành tinh đá (có lõi đặc) có thể đã được hình thành sau Bigbang chỉ 100 triệu năm. Điều này phá vỡ cảm giác rằng hành tinh giống Trái Đất là sản phẩm muộn màng của vũ trụ. Mô phỏng này theo dõi tàn tích của một loại siêu tân tinh bất ổn cặp, có thể tạo ra lượng nguyên tố nặng gấp 100 lần khối lượng Mặt trời, rồi xem chúng hòa trộn với khí, sụp đổ, sinh ra một ngôi sao nhỏ bao quanh bởi đĩa bụi giàu carbon, sắt, oxy. Trong đĩa này, các nhà nghiên cứu phát hiện những hành tinh thể – các vật thể đá nhỏ từ vài mét đến vài km – đóng vai trò phôi thai cho hành tinh. Quan trọng hơn, một số hình thành ở vùng có thể tồn tại nước lỏng. Daniel Whalen nhận định: “Về nguyên tắc, các thế giới có thể sinh sống được có thể đã hình thành sớm hơn hàng tỷ năm so với những gì chúng ta từng nghĩ, thậm chí trước cả khi các thiên hà đầu tiên xuất hiện”. Nói cách khác, vũ trụ có thể đã cài sẵn "hạ tầng" cho hành tinh đá sớm hơn nhiều so với bất kỳ mô hình bảo thủ nào.
Sự sống sớm trong vũ trụ và ý nghĩa của các mô phỏng nhanh hơn dự báo
Khi Mặt Trăng có thể hình thành trong 5 giờ và hành tinh đá sớm xuất hiện chỉ sau 100 triệu năm, bức tranh chung là: quá trình hình thành thiên thể diễn ra nhanh hơn dự báo rất nhiều. Các mô phỏng do NASA dẫn đầu từng gợi ý Mặt Trăng có thể hình thành cực nhanh, và mô hình của Denton nay củng cố khả năng đặc biệt này. Trong khi đó, mô phỏng tàn tích siêu tân tinh cho thấy đủ vật liệu đá để hình thành nhiều hành tinh cỡ Trái Đất, thậm chí kèm nước, xuất hiện gần như ngay từ thuở ban đầu của vũ trụ. Nhà vật lý thiên văn Jarrett Johnson nhấn mạnh: “Nghiên cứu này cho thấy rằng, ngay từ gần như thời điểm bắt đầu, có thể đã có những điều kiện để sự sống được thiết lập”. Tất nhiên, hành tinh đá không đồng nghĩa có sự sống; nhưng việc các thành phần cần thiết – lõi đá, nguyên tố nặng, nước – được đặt ra sớm nhất có thể mở ra khả năng sự sống sớm trong vũ trụ hơn những gì ta từng nghĩ. Điều này cũng buộc chúng ta đọc lại lịch sử Hệ Mặt Trời: trong một vũ trụ nơi hành tinh hình thành nhanh, Trái Đất và Mặt Trăng không còn là ngoại lệ hiếm hoi mà có thể là một phần của xu hướng phổ biến.
Viết lại lịch sử Hệ Mặt Trời: từ mô phỏng hiện tại đến những câu hỏi tiếp theo
Tất cả những kết quả trên là lời nhắc rằng các mô phỏng khoa học không chỉ là trò chơi số liệu mà là công cụ viết lại lịch sử Hệ Mặt Trời và vũ trụ sơ khai. Trước đây, các nhà nghiên cứu chủ yếu dùng mô phỏng quy mô lớn để ước tính khi nào carbon, oxy, sắt tích tụ đủ để hình thành hành tinh. Giờ đây, họ đi sâu vào những vùng giàu nguyên tố nhất, những trường tàn tích siêu tân tinh cụ thể, cũng như cấu trúc nhiệt độ bên trong các hành tinh nguyên thủy khi va chạm. Chính sự tỉ mỉ này làm thay đổi thời gian biểu hình thành thiên thể. Hành trình vẫn chưa dừng lại. Nhóm của Whalen đang tiếp tục mô phỏng giai đoạn tiếp theo của sự phát triển hành tinh thể để xem chúng cuối cùng sẽ trở thành loại hành tinh nào, đồng thời xem xét các kiểu siêu tân tinh khác được cho là phổ biến hơn trong vũ trụ sơ khai. Những bước tiếp theo này sẽ quyết định liệu các kịch bản Mặt Trăng ra đời trong 5 giờ hay hành tinh đá sớm có trở thành "chuẩn mới" hay chỉ là những trường hợp đặc biệt. Dù kết quả ra sao, một điều gần như chắc chắn: bức tranh vũ trụ tĩnh lặng, hình thành chậm chạp đã lỗi thời. Vũ trụ trẻ là sân khấu của những cú va chạm dữ dội, nơi thế giới có thể sinh sống được bùng nổ ra đời nhanh hơn trí tưởng tượng thận trọng của con người.
