Sao chổi liên sao 3I/ATLAS mang băng giống các thế giới bên ngoài Sao Hải Vương

Băng thoát ra từ sao chổi liên sao 3I/ATLAS không giống băng của những sao chổi chúng ta từng biết. Phổ do Kính viễn vọng Không gian James Webb ghi nhận cho thấy một tín hiệu băng nước mạnh, trong khi hai tín hiệu đi kèm thường thấy của nó gần như biến mất; mô hình này lại tương đồng với một số thế giới băng giá quay quanh ở rất xa bên ngoài Sao Hải Vương.

Sự tương đồng này đáng chú ý bởi 3I/ATLAS được sinh ra quanh một ngôi sao khác. Nếu các hạt băng của nó có cấu trúc giống vật chất được bảo tồn ở rìa Hệ Mặt Trời của chúng ta, những nguyên liệu thô tạo nên hành tinh có thể rời khỏi các đĩa hình thành hành tinh trong một trạng thái tương tự trên khắp thiên hà. Các tác giả nêu đây như một khả năng cần được kiểm chứng, chứ không phải một kết luận đã được xác lập.

Nhóm nghiên cứu, do Silvia Protopapa thuộc Southwest Research Institute ở Texas dẫn đầu, phát hiện rằng coma của sao chổi (đám mây khí và bụi bao quanh nhân sao chổi) được giải thích phù hợp nhất bằng các hạt băng nước li ti trộn lẫn với bụi. Mỗi hạt có kích thước khoảng một micron hoặc nhỏ hơn, chưa bằng một phần năm mươi bề rộng của sợi tóc người.

“Sao chổi liên sao là những thiên thể băng giá nhỏ hình thành trong các đĩa khí và bụi quanh những ngôi sao khác, và hiện đang đi qua Hệ Mặt Trời của chúng ta,” Protopapa nói. Trước thiên thể này, chỉ có hai vật thể như vậy được biết đến: ‘Oumuamua, không cho thấy coma nhìn thấy được, và sao chổi 2I/Borisov.

Hai tín hiệu băng đã biến mất

Băng nước để lại những dấu vết đặc trưng trong ánh sáng hồng ngoại. Dấu vết sâu nhất là một dải hấp thụ gần 3 micron. Hai dải yếu hơn nằm gần 1,5 và 2,0 micron, và phần lớn sao chổi băng giá đều cho thấy cả ba. Ở 3I/ATLAS, dải 3 micron rất mạnh, làm giảm ánh sáng phản xạ 77% tại điểm sâu nhất trong lần Webb quan sát đầu tiên và 94% trong lần cuối. Hai dải ở bước sóng ngắn hơn rất yếu hoặc không xuất hiện.

“Sự kết hợp đó là một câu đố,” Protopapa nói. “Dải 3 micron mạnh chỉ ra sự hiện diện của băng nước trong coma. Nhưng các dải ở bước sóng ngắn hơn yếu hoặc vắng mặt cho thấy băng không ở dạng mà chúng ta thường thấy ở các sao chổi trong Hệ Mặt Trời.”

Lời giải thích nằm ở quãng đường ánh sáng đi qua. Các dải yếu chỉ hiện ra khi ánh sáng đi một quãng dài xuyên qua băng, tương tự như một mảnh kính màu mỏng trông gần như trong suốt, trong khi một khối kính dày lại lộ rõ màu sắc. Trong những hạt nhỏ và nhiều bụi như thế này, ánh sáng chỉ đi qua rất ít băng trước khi bị tán xạ trở ra. Các dải yếu mờ dần, còn dải mạnh vẫn tồn tại.

Webb đã đọc sao chổi ba lần như thế nào

“Chúng tôi thiết kế chương trình này để sẵn sàng ngay khi phát hiện một sao chổi liên sao đang hoạt động, đồng thời theo dõi nó theo thời gian,” Martin Cordiner thuộc Goddard Space Flight Center của NASA và Catholic University of America, điều tra viên chính của chương trình, cho biết.

Webb hướng Máy quang phổ Cận hồng ngoại của mình vào sao chổi ba lần trong tám tháng, trước và sau thời điểm nó lướt qua Mặt Trời ở khoảng cách gần nhất. Ở chế độ lăng kính, thiết bị ghi nhận đồng thời dải từ 0,6 đến 5,3 micron, vì vậy bụi, băng và khí thoát ra cùng xuất hiện trong một phổ duy nhất.

Chỉ lần quan sát thứ nhất và thứ ba được mô hình hóa. Lần ở giữa, thực hiện gần Mặt Trời nhất, bị nhiễu bởi hơi nước phát sáng, các phân tử hữu cơ, nguyên tử nickel và bụi ấm.

Nhóm nghiên cứu đối chiếu các phổ với những mô hình về ánh sáng tán xạ từ hạt có kích cỡ và thành phần khác nhau. Các hạt băng tinh khiết, cũng như băng trộn với carbon hoặc olivine, hoặc dự đoán quá mạnh các dải yếu, hoặc không tái tạo được dải mạnh. Mô hình khớp nhất là băng pha với pyroxene, một khoáng vật silicat phổ biến trong đá và thiên thạch. Đến lần quan sát cuối, khi sao chổi rời xa Mặt Trời, dữ liệu cũng đòi hỏi một quần thể thứ hai gồm các hạt lớn hơn, giàu băng, vẫn có kích thước quanh một micron, cùng một đặc trưng mờ gần 3,1 micron phù hợp với băng kết tinh.

Không giống sao chổi của chúng ta, nhưng giống các thế giới ngoài Sao Hải Vương

Kích thước hạt không phải điều khiến 3I/ATLAS trở nên khác biệt. Sao chổi Hartley 2 phóng ra các hạt băng gần như tinh khiết có kích thước tương tự, còn các hạt băng của sao chổi Catalina được mô hình hóa với tối đa 1% bụi. Sao chổi liên sao này nằm ở đầu nhiều bụi của phổ đó.

“Các hạt của 3I/ATLAS có kích thước gần tương đương những hạt trong các sao chổi của chúng ta,” Protopapa nói. “Điều dường như khiến chúng khác biệt là lượng bụi trộn vào băng.”

Bất ngờ đến từ các vật thể xuyên Sao Hải Vương, những thiên thể băng giá quay quanh bên ngoài Sao Hải Vương và được cho là lưu giữ vật chất từ thuở sơ khai của Hệ Mặt Trời. Trong các lớp phổ được xác định bởi khảo sát DiSCo của Webb về những vật thể cỡ trung, dải 3 micron của 3I/ATLAS giống nhất với lớp giàu băng carbon dioxide; những vật thể đó cũng thiếu các dải mạnh tại 1,5 và 2,0 micron. Sự tương đồng nằm ở dải băng nước, không phải ở carbon dioxide.

“Thoạt nhìn, 3I/ATLAS trông khác với những sao chổi băng giá mà chúng ta biết,” Protopapa nói. “Nhưng khi đặt nó cạnh các thế giới băng giá xa xôi trong chính Hệ Mặt Trời của chúng ta, nó không còn có vẻ lạc lõng.”

Phép so sánh cũng có thể đi theo chiều ngược lại. Với các lớp vật thể xa xôi đó, độ lõm tại 3 micron phần lớn từng được quy cho các hợp chất hữu cơ và methanol, bởi các dải nước yếu hơn không hiện diện. Sao chổi cho thấy các hạt băng nước lẫn bụi có thể tự tạo ra hình dạng phổ giống như vậy, nên một phần tín hiệu đó có thể rốt cuộc là băng nước.

Một sao chổi không thể giải quyết điều gì

Kết quả này dựa trên dữ liệu phòng thí nghiệm. Mô hình cần các tính chất quang học đã đo được của băng nước, và hai bộ dữ liệu tiêu chuẩn cho ra hình dạng dải khác biệt đáng kể. Các tác giả không thể nói liệu băng có ở trạng thái kết tinh trong cả hai lần quan sát hay đã chuyển từ dạng vô định hình, mất trật tự sang tinh thể; họ kêu gọi thực hiện các phép đo phòng thí nghiệm mới về băng ở nhiều nhiệt độ và pha khác nhau.

Sự thay đổi giữa các lần quan sát cũng có hai cách giải thích. “Chúng tôi chưa thể biết liệu những thay đổi theo thời gian là kết quả của việc Mặt Trời nung nóng các hạt theo cách khác nhau ở mỗi lần quan sát, hay do vật chất mới lộ ra khi bề mặt sao chổi bị bào mòn ở gần Mặt Trời,” Michael Kelley của University of Maryland, tác giả thứ hai của bài báo, nói.

Các hạt trong coma cũng không phải mẫu trực tiếp từ nhân sao chổi, và có thể là mảnh vỡ của những cụm lớn hơn. Bề mặt của các vật thể xuyên Sao Hải Vương đã bị bức xạ và va chạm tái xử lý trong hàng tỷ năm, vì vậy các tác giả cảnh báo không nên xem sự tương đồng này là bằng chứng về những nơi sinh ra giống hệt nhau. Những khác biệt khác trong thành phần hóa học của nó cho thấy đĩa đã tạo ra 3I/ATLAS không phải bản sao của đĩa của chúng ta. Một phân tích trước đó lại so sánh sao chổi với một lớp vật thể xa xôi màu đỏ, giàu chất hữu cơ, vì thế lĩnh vực này vẫn chưa đi đến đồng thuận.

Tiếp đó là quy mô mẫu. Đây là một sao chổi liên sao, được quan sát ba lần.

Những câu hỏi thường gặp về 3I/ATLAS và băng của nó

3I/ATLAS là gì?

Đây là vật thể thứ ba được xác nhận đi vào Hệ Mặt Trời của chúng ta từ không gian liên sao, đồng thời là một sao chổi thực sự với coma và các đuôi. Quỹ đạo mở, hyperbolic của nó đồng nghĩa nó sẽ không bao giờ quay trở lại. Nó đi qua giữa quỹ đạo Trái Đất và Sao Hỏa tại thời điểm gần Mặt Trời nhất, và chưa từng đến gần Trái Đất.

3I/ATLAS có chứa nước không?

Có. Webb đã phát hiện hơi nước và băng nước trong coma của nó. Nó cũng giàu carbon dioxide bất thường: trong lần Webb quan sát đầu tiên, coma chứa lượng carbon dioxide nhiều gấp khoảng tám lần nước, một trong những tỷ lệ cao nhất từng được đo ở một sao chổi.

Vật thể xuyên Sao Hải Vương là gì?

Đó là các thiên thể băng giá quay quanh Mặt Trời bên ngoài Sao Hải Vương, ở khoảng cách lớn hơn khoảng 30 lần khoảng cách Trái Đất–Mặt Trời; quần thể này bao gồm cả Sao Diêm Vương. Được giữ lạnh trong hàng tỷ năm, chúng lưu giữ những manh mối về cách các hành tinh hình thành.

3I/ATLAS bao nhiêu tuổi?

Không ai biết. Dựa trên tốc độ và hướng chuyển động của nó, một nghiên cứu ước tính nó có tuổi từ 7,6 đến 14 tỷ năm nếu xuất phát từ đĩa dày gồm các ngôi sao già của Ngân Hà; điều đó sẽ khiến nó già hơn Hệ Mặt Trời 4,6 tỷ năm tuổi. Ước tính này mang tính thống kê, không phải một phép đo.

Điều gì sẽ diễn ra tiếp theo

Sao chổi được kính thiên văn khảo sát ATLAS phát hiện vào ngày 1 tháng 7 năm 2025 tại Río Hurtado, Chile. Webb quan sát nó vào ngày 6 tháng 8 năm 2025, 22 tháng 12 năm 2025 và 1 tháng 4 năm 2026, khi nó cách Mặt Trời lần lượt 3,3, 2,4 và 5,7 lần khoảng cách Trái Đất–Mặt Trời. Thời điểm nó đến gần Mặt Trời nhất là ngày 29 tháng 10 năm 2025, ở khoảng cách gấp 1,36 lần khoảng cách đó. Bài báo xuất hiện trên The Astrophysical Journal Letters vào ngày 26 tháng 10 năm 2026, với chữ ký của 15 nhà nghiên cứu từ Hoa Kỳ và châu Âu.

Các quan sát tiếp theo của Webb về sao chổi trong Hệ Mặt Trời và những vị khách liên sao mới sẽ kiểm tra liệu 3I/ATLAS có điển hình hay không. Vera C. Rubin Observatory, nơi chương trình khảo sát bầu trời kéo dài mười năm bắt đầu vào tháng 6 năm 2026, được kỳ vọng sẽ tìm thấy thêm nhiều vật thể như vậy. Ngày mai đánh dấu tròn một năm kể từ khi 3I/ATLAS vòng qua Mặt Trời, và nó đã trên đường rời khỏi Hệ Mặt Trời. Băng mà nó mang theo trông bớt xa lạ hơn so với ấn tượng ban đầu.

Tham khảo: Protopapa et al., “JWST Reveals Refractory-rich Water Ice in Interstellar Comet 3I/ATLAS: Evidence for a Continuum of Grain Properties across Protoplanetary Disks,” The Astrophysical Journal Letters, 2026. DOI: 10.3847/2041-8213/aea60d

Thẻ: thiên văn học, James Webb Space Telescope, 3I/ATLAS, vật thể ngoài Sao Hải Vương, băng nước, sao chổi