Các nhà thiên văn học lần đầu quan sát được một thiên thể lai ở vùng ngoài Sao Mộc đang bắt đầu chuyển thành sao chổi, cung cấp bằng chứng trực tiếp cho một giai đoạn chuyển tiếp mà giới khoa học đã dự đoán từ lâu.
Thiên thể mang tên 450P/LONEOS, được chương trình khảo sát của Đài thiên văn Lowell phát hiện năm 2004. Đây là một thiên thể lai – nhóm vật thể băng giá có quỹ đạo nằm giữa Sao Mộc và Sao Hải Vương và thường chưa có hoạt động giống sao chổi.
Các nhà khoa học cho rằng thiên thể lai có nguồn gốc từ Vành đai Kuiper, vùng nằm ngoài Sao Hải Vương. Do chịu tác động hấp dẫn của các hành tinh khổng lồ, chúng có thể bị đẩy vào những quỹ đạo gần Mặt Trời hơn. Một số sau đó được cho là sẽ tiến hóa thành sao chổi họ Sao Mộc, nhóm sao chổi có chu kỳ quỹ đạo ngắn và chịu ảnh hưởng mạnh từ Sao Mộc.
Tuy nhiên, cho đến nay chưa có trường hợp nào được quan sát trực tiếp trong quá trình chuyển tiếp này.
450P hiện có chu kỳ quỹ đạo khoảng 22 năm nên chưa được xếp vào nhóm sao chổi họ Sao Mộc. Nhưng nhóm nghiên cứu do nhà khoa học hành tinh Charles Schambeau thuộc Đại học Central Florida dẫn đầu đã phát hiện những dấu hiệu cho thấy thiên thể này đang bắt đầu có hoạt động giống sao chổi.
Sử dụng kính thiên văn Gemini North tại Hawaii, các nhà khoa học phát hiện một lớp khí và bụi mờ bao quanh hạt nhân rắn của 450P. Lớp khí và bụi này sáng lên đáng kể trong giai đoạn 2019-2024, khi thiên thể tiến đến điểm cận nhật – vị trí gần Mặt Trời nhất trên quỹ đạo.
Nhóm nghiên cứu cũng sử dụng Kính viễn vọng Không gian James Webb (JWST) để phân tích lớp khí và bụi. Kết quả cho thấy sự hiện diện của carbon dioxide, cùng dấu hiệu của các hạt băng kết tinh và bụi, nhưng không phát hiện hơi nước.
Đây là manh mối quan trọng. Ở khoảng cách hiện tại, phần lõi của 450P quá lạnh để băng nước chuyển trực tiếp từ thể rắn sang khí trở thành nguồn chính tạo ra hoạt động. Vì vậy, carbon dioxide nhiều khả năng đóng vai trò chính trong việc tạo ra lớp khí và bụi bao quanh thiên thể.
“Lượng nhiệt Mặt Trời tăng lên có thể làm nóng bề mặt và các lớp bên dưới. Khi những lớp này nóng lên, băng chứa các chất dễ bay hơi hoặc khí bị giữ bên trong có thể được giải phóng, kéo theo bụi khỏi bề mặt và tạo thành tầng khí và bụi mờ,” Schambeau giải thích.
Sự thay đổi quỹ đạo của 450P có thể bắt nguồn từ một lần tương tác gần Sao Thổ. Khi truy ngược quỹ đạo, các nhà khoa học nhận thấy thiên thể này từng bay cách Sao Thổ khoảng 4,6 triệu km vào năm 1992. Lực hấp dẫn của hành tinh có thể đã làm thay đổi đáng kể quỹ đạo của 450P, đưa nó vào quỹ đạo ngắn hơn và gần Mặt Trời hơn.
Hiện điểm cận nhật của 450P nằm ở khoảng 5,4 đơn vị thiên văn, tương đương 813 triệu km từ Mặt Trời, chỉ xa hơn một chút so với quỹ đạo Sao Mộc ở khoảng 5,2 đơn vị thiên văn. 450P đạt điểm cận nhật gần nhất vào tháng 8/2024.
Khi nhận được nhiều nhiệt hơn, lớp băng nguyên thủy bên trong thiên thể có thể bắt đầu biến đổi. JWST phát hiện dấu hiệu của băng nước kết tinh, trong khi băng trên các thiên thể nguyên thủy ở vùng ngoài Hệ Mặt Trời thường tồn tại ở trạng thái vô định hình, với cấu trúc xốp có thể giữ các phân tử khí bên trong.
Nhiệt làm băng vô định hình chuyển sang trạng thái kết tinh, đồng thời giải phóng khí, bụi và các hạt băng. Điều này cho thấy 450P đang trải qua quá trình biến đổi nhiệt từ trạng thái nguyên thủy có thể đã tồn tại từ thời Hệ Mặt Trời hình thành khoảng 4,5 tỷ năm trước.
Chỉ một tỷ lệ rất nhỏ các thiên thể lai từng cho thấy hoạt động giống sao chổi. Vì vậy, 450P là trường hợp đặc biệt, cho phép các nhà khoa học quan sát một giai đoạn hiếm gặp trong quá trình một thiên thể băng giá chuyển thành sao chổi.
“Các thiên thể lai có ý nghĩa khoa học vì chúng được cho là những thiên thể chuyển tiếp, có nguồn gốc từ vùng xa của Hệ Mặt Trời và đang dần tiến hóa thành các sao chổi họ Sao Mộc,” Schambeau nói.
Theo ông, việc nghiên cứu 450P giúp giới khoa học theo dõi cách vật chất tương đối nguyên thủy ở vùng ngoài Hệ Mặt Trời bắt đầu thay đổi khi tiếp xúc với lượng nhiệt Mặt Trời lớn hơn.
Nghiên cứu đã được chấp nhận đăng trên Planetary Science Journal và hiện có trên kho lưu trữ bản thảo khoa học arXiv.
Hình minh họa một thiên thể lai dần chuyển thành sao chổi, hình thành lớp khí và bụi mờ và đuôi sao chổi. Ảnh: iStock
Ảnh hoạt họa của NASA mô phỏng một sao chổi tiến vào vùng bên trong Hệ Mặt Trời, khi ánh sáng Mặt Trời làm nóng sao chổi và tạo ra lớp khí-bụi cùng đuôi sao chổi. Ảnh: NASA
