Kính viễn vọng không gian James Webb (JWST) vừa ghi nhận một hiện tượng vô cùng kỳ lạ khi phát hiện một tín hiệu hấp thụ ánh sáng bí ẩn ở bước sóng 5,113 micromet trên bề mặt của cả Sao Diêm Vương lẫn vệ tinh Titan của Sao Thổ.
Dù 2 thiên thể này nằm cách nhau tới hàng tỷ km và sở hữu những đặc điểm địa chất hoàn toàn khác biệt, sự xuất hiện đồng thời của một dấu vết hóa học chưa từng được biết đến đã đặt ra một bài toán hóc búa, khiến khoa học chưa thể định danh chính xác hợp chất nào là tác nhân gây ra hiện tượng này.
Kính viễn vọng không gian James Webb vừa ghi nhận một tín hiệu hấp thụ ánh sáng bí ẩn ở bước sóng 5,113 micromet trên bề mặt của cả Sao Diêm Vương lẫn vệ tinh Titan của Sao Thổ. Hình minh họa: NASA, Đại học Johns Hopkins, Southwest Research Institute
Khám phá mang tính đột phá này được tìm thấy thông qua việc phân tích dữ liệu quang phổ hồng ngoại do 2 thiết bị tối tân NIRSpec và MIRI trên kính JWST thu thập. Tín hiệu ghi nhận có sự khác biệt nhất định về cấu trúc giữa 2 hành tinh.
Cụ thể, dải hấp thụ trên Titan có đặc điểm hẹp và sâu khoảng 6% đến 7%, trong khi dải hấp thụ tương tự trên Sao Diêm Vương lại có chiều rộng lớn gấp 3 lần nhưng độ sâu chỉ đạt khoảng 4% đến 5%.
Bằng phương pháp so sánh đối chiếu cường độ ánh sáng tại khu vực trung tâm đĩa và phần rìa của Titan, đội ngũ nghiên cứu khẳng định chắc chắn rằng tín hiệu này phát ra từ chính bề mặt rắn của các thiên thể chứ không phải xuất phát từ các lớp khí quyển bao quanh.
Sự tương đồng kỳ lạ giữa hai thế giới băng giá
Về mặt tổng quan, Sao Diêm Vương và Titan là hai thế giới có môi trường hoàn toàn trái ngược nhau.
Sao Diêm Vương là một hành tinh lùn băng giá, nhỏ bé với bầu khí quyển cực kỳ loãng, trong khi Titan lại là một hành tinh khổng lồ sở hữu bầu khí quyển dày đặc với áp suất bề mặt thậm chí còn cao hơn Trái Đất, cùng hệ thống sông hồ chứa đầy hydrocarbon lỏng.
Tuy nhiên, điểm chung cốt lõi kết nối 2 thiên thể này chính là bầu khí quyển đều rất giàu thành phần nitro và methan. Dưới tác động liên tục của bức xạ ánh sáng Mặt Trời và các tia vũ trụ năng lượng cao, các phân tử nitro và methan đã phản ứng với nhau để tạo ra chuỗi hợp chất hữu cơ phức tạp. Một trong số đó là tholin - lớp vật chất màu nâu đỏ đặc trưng đang bao phủ bề mặt của cả hai thiên thể.
Chính sự tương đồng đáng kinh ngạc về nền tảng hóa học này đã khiến cho phát hiện về tín hiệu bí ẩn mới đây trở thành tâm điểm chú ý của giới khoa học.
Titan là một hành tinh khổng lồ sở hữu bầu khí quyển dày đặc với áp suất bề mặt thậm chí còn cao hơn Trái Đất, cùng hệ thống sông hồ chứa đầy hydrocarbon lỏng. Hình minh họa:Getty Images
Nhóm nghiên cứu quốc tế, do nhà thiên văn học Bruno Bézard thuộc Đài quan sát Paris (Pháp) dẫn đầu, đã tiến hành so sánh tỉ mỉ dữ liệu quan sát được với hàng loạt quang phổ được đo lường và ghi nhận trong phòng thí nghiệm của các hợp chất dạng băng phổ biến như acetylene, benzene, ketene hay allenes. Đây đều là những chất được dự đoán có khả năng tồn tại cao trên bề mặt của Titan và Sao Diêm Vương.
Dẫu vậy, kết quả đối chiếu cho thấy không một hợp chất đơn lẻ nào trong số này có thể tái tạo chính xác vị trí cũng như hình dáng của dải hấp thụ thực tế từ JWST. Các tác giả nghiên cứu nhận định, đây rất có thể là một hợp chất hữu cơ vô cùng phức tạp hoặc một hỗn hợp đặc biệt chưa từng được đo đạc hay thử nghiệm trong điều kiện nhiệt độ siêu lạnh đặc thù của Titan và Sao Diêm Vương.
Hành trình giải mã ẩn số hóa học của vũ trụ
Công trình nghiên cứu đầy triển vọng này đã được chấp thuận để xuất bản trên tạp chí khoa học uy tín Astronomy & Astrophysics và bản thảo sơ bộ đã được chia sẻ công khai trên nền tảng arXiv từ tháng 6.
Các nhà khoa học nhấn mạnh, việc một tín hiệu lạ có chung gốc rễ hóa học đồng thời xuất hiện ở 2 hành tinh xa nhau là một manh mối vô giá, giúp nhân loại hiểu rõ hơn về quá trình hình thành các hợp chất hữu cơ trong môi trường băng giá giàu nitro của hệ Mặt Trời.
Để vén bức màn bí ẩn này, lộ trình nghiên cứu tiếp theo đang được triển khai tích cực. Nhóm chuyên gia tiếp tục thu thập thêm nhiều dữ liệu chuyên sâu từ JWST nhằm xây dựng một bản đồ chi tiết về sự phân bố của tín hiệu lạ trên toàn bộ bề mặt của Titan.
Kính viễn vọng không gian James Webb của NASA. Ảnh: NASA
Bên cạnh đó, giới khoa học cũng đặt nhiều kỳ vọng vào tương lai khi phi thuyền Dragonfly của Cơ quan Hàng không & Vũ trụ Mỹ (NASA) dự kiến sẽ tiếp cận Titan vào giữa những năm 2030. Phi thuyền dạng drone tự hành này sẽ mang theo các thiết bị phân tích khối lượng hiện đại để định danh các hợp chất hữu cơ ở khoảng cách gần.
Tuy nhiên, do Dragonfly không được thiết kế để đo trực tiếp phổ hồng ngoại ngay trên bề mặt, câu trả lời cuối cùng vẫn phải phụ thuộc rất lớn vào các thí nghiệm mô phỏng môi trường thực tế được thực hiện ngay tại các phòng thí nghiệm trên Trái Đất.
Khám phá mới này một lần nữa khẳng định vị thế và năng lực vượt trội của kính viễn vọng James Webb trong việc mở ra những góc nhìn mang tính cách mạng về hóa học hành tinh ở các vùng không gian xa xôi.
Dù dải hấp thụ 5,113 micromet này không phải là dấu hiệu của sự sống ngoài Trái Đất hay một loại vật chất kỳ dị mang tính viễn tưởng, nó lại là bằng chứng vững chắc cho thấy hiểu biết của con người về cách thức các phân tử phức tạp hình thành và tiến hóa trong môi trường lạnh giá của hệ Mặt Trời vẫn còn rất sơ khai.