[비즈한국] Cách đây không lâu, thông tin về việc phát hiện dấu vết nghi là tín hiệu sự sống trên hành tinh ngoài hệ Mặt Trời có tên K2-18b nhờ quan sát của kính viễn vọng không gian James Webb đã thu hút sự chú ý lớn. Nhóm nghiên cứu do nhà thiên văn học Nikku Madhusudhan thuộc Đại học Cambridge (Anh) dẫn đầu đã phân tích tầng khí quyển của hành tinh K2-18b vào năm 2023. Hành tinh này vốn đã gây chú ý từ trước khi được biết đến là một "hành tinh đại dương" với toàn bộ bề mặt được bao phủ bởi nước lỏng. Năm ngoái, nhóm của ông đã sử dụng kính viễn vọng James Webb để ghi lại khoảnh khắc hành tinh này đi ngang qua phía trước ngôi sao chủ và phân tích quang phổ được tạo ra khi ánh sáng sao bị hấp thụ một phần trong lúc xuyên qua bầu khí quyển của hành tinh. Dù chưa chắc chắn, họ đã đưa ra kết quả gợi ý về sự tồn tại của thành phần dimethyl sulfide (DMS) (bài viết liên quan: [Science] Đã tìm thấy hành tinh giống Trái Đất hàng tỷ năm trước?).
Một năm sau, họ lại dùng kính viễn vọng James Webb quan sát cùng một vị trí và đưa ra kết quả mới với xác suất tồn tại DMS cao hơn trước. DMS thu hút sự quan tâm đặc biệt vì trên Trái Đất, nó được biết đến là thành phần chỉ được tạo ra thông qua các hoạt động sống của sinh vật như vi khuẩn. Điều này khiến người ta tưởng rằng đã tìm thấy bằng chứng rõ ràng nhất trong lịch sử về hoạt động sống trên một hành tinh ngoài hệ Mặt Trời cách chúng ta 120 năm ánh sáng. Tuy nhiên, kể từ sau công bố này, hàng loạt nghi vấn và các bài báo phản bác đã liên tục xuất hiện, tạo nên một tình thế đối đầu gay gắt.
Thậm chí, đã có những ý kiến vô cùng bi quan cho rằng ngay từ đầu, nỗ lực tìm kiếm bằng chứng về sự sống ngoài hành tinh bằng kính viễn vọng James Webb có lẽ là vô nghĩa. Đằng sau đó là một câu chuyện rất thú vị. Nhà thiên văn học gần đây đưa ra lập luận bi quan về chính các phân tích của James Webb là Sara Seager, một chuyên gia nổi tiếng trong lĩnh vực sinh học vũ trụ và ngoại hành tinh. Điều đáng nói là bà chính là giáo sư hướng dẫn đã cấp bằng tiến sĩ cho Nikku Madhusudhan – người đã khiến giới học thuật xôn xao khi đặt ra khả năng về tín hiệu sự sống trên K2-18b trước đó. Cuộc tranh cãi về khả năng tồn tại sự sống ngoài hành tinh trên K2-18b đã diễn ra như thế nào? Tại sao người học trò và giáo sư hướng dẫn lại rơi vào thế đối đầu trực diện? Sau đây là câu chuyện nóng hổi nhất về những tranh cãi xoay quanh hành tinh này.
Không lâu sau khi bài báo của Nikku Madhusudhan về khả năng tồn tại sự sống trên K2-18b được công bố, một bài báo khác đã phản bác lại luận điểm của ông rất mạnh mẽ. Bài báo này đã thực hiện một bài kiểm tra thú vị nhưng đơn giản: giả định rằng không có bất kỳ thông tin nào về tầng khí quyển của hành tinh K2-18b. Họ tạo ra một mô hình phẳng trên tất cả các bước sóng, sau đó so sánh xem quang phổ thực tế quan sát được bằng James Webb khác biệt như thế nào so với mô hình phẳng đó. Điều thú vị là do quang phổ quan sát được vốn dĩ quá mờ nhạt nên trên thực tế, nó không cho thấy sự khác biệt đáng kể về mặt thống kê ngay cả khi so sánh với mô hình phẳng giả định không có bất kỳ thành phần hóa học nào.
Chỉ khi tạo ra sự thay đổi trong quang phổ dưới dạng phân phối chuẩn (Gaussian) về mặt toán học tại các bước sóng 7µm và 8.8µm – nơi được cho là DMS để lại tín hiệu, thì hình ảnh mới có vẻ mô tả quang phổ quan sát được tốt hơn một chút. Tuy nhiên, nếu so sánh các chỉ số thống kê thực tế thì không có sự khác biệt nào có ý nghĩa. Dựa trên cơ sở đó, họ kết luận rằng từ quang phổ được quan sát bằng James Webb, không thể tìm thấy bất kỳ bằng chứng thống kê rõ ràng nào chứng minh sự tồn tại của DMS. Họ cũng chỉ trích rằng nếu ngay từ đầu người ta mang tâm lý hy vọng vào sự tồn tại của một thành phần hóa học cụ thể và xây dựng mô hình phân tích quang phổ trong giới hạn các thành phần đó, kết quả có thể bị thổi phồng và bóp méo.
Trước những chỉ trích tương tự, nhóm của Madhusudhan gần đây đã tiến hành phân tích bổ sung toàn diện hơn. Thay vì chỉ giả định và lập mô hình dựa trên vài chục thành phần hóa học tiềm năng trong bầu khí quyển của K2-18b, họ đã huy động hầu hết tất cả các phân tử có thể xem xét, tổng cộng lên đến 650 loại khác nhau. Họ mô hình hóa bầu khí quyển với các hàm lượng đa dạng của những thành phần này để tìm ra trường hợp tái tạo tốt nhất quang phổ khí quyển thực tế đã quan sát được của K2-18b. Kết quả là mô hình với hàm lượng DMS rất cao vẫn là mô hình khớp nhất.
Trong phân tích bổ sung lần này, không chỉ DMS mà khả năng tồn tại của các thành phần hóa học khác như diethyl sulfide, dimethyl disulfide cũng xuất hiện ở mức cao. Điều thú vị là tất cả chúng đều là những phân tử liên quan mật thiết đến các hoạt động sống của vi khuẩn trên Trái Đất. Dựa vào đó, nhóm nghiên cứu của Madhusudhan khẳng định luận điểm của họ về việc có hoạt động sống đang diễn ra trên hành tinh K2-18b đã được củng cố mạnh mẽ hơn.
Tuy nhiên, ngay cả khi DMS thực sự tồn tại trong bầu khí quyển của hành tinh này, vẫn cần kiểm chứng chắc chắn hơn liệu hoạt động sống có phải là cách duy nhất để tạo ra thành phần hóa học đó hay không. Bởi lẽ, các nhà thiên văn học đã xác nhận rằng DMS tồn tại cả trong không gian ngoài Trái Đất ngay trong hệ Mặt Trời của chúng ta. Điển hình như tàu thăm dò sao Hỏa Curiosity đã phát hiện DMS trên sao Hỏa, tàu thăm dò Rosetta phát hiện DMS trên sao chổi 67P. Gần đây nhất, DMS cũng được phát hiện trong đám mây phân tử G+0.693-0.027 tại trung tâm Ngân Hà. Điều này gợi ý rằng DMS hoàn toàn có thể được tổng hợp ngay cả trong những môi trường khắc nghiệt như sao chổi hay đám mây liên sao, không nhất thiết phải là hành tinh ngoài hệ Mặt Trời. DMS có thể không phải là chỉ dấu của hoạt động sống, mà chỉ là một phân tử phổ biến rải rác khắp Ngân Hà, thậm chí đến tận trung tâm Ngân Hà.
Đặc biệt, hàm lượng DMS được phát hiện trên K2-18b cao bất thường cũng khiến người ta nghi ngờ. Thời điểm đó, nhóm của Madhusudhan khẳng định DMS trên K2-18b tồn tại ở mức 10ppm. Điều này có nghĩa là cứ 1 triệu phân tử trong khí quyển thì có từ 1 đến 10 phân tử DMS. Mức này vượt xa hàm lượng DMS trên Trái Đất. Ngay cả trên Trái Đất tràn ngập sự sống, tỷ lệ DMS cũng chỉ là 1 phần trong 1 tỷ phân tử khí quyển. Do đó, nếu theo lập luận của nhóm Madhusudhan, K2-18b chứa lượng DMS đậm đặc gấp gần 1.000 lần so với Trái Đất. Để duy trì mức hàm lượng cao như vậy, chúng ta phải đưa ra những kỳ vọng đầy kịch tính rằng trên K2-18b đang bùng nổ các sinh vật quang hợp và hoạt động sống một cách đột ngột giống như Trái Đất hàng tỷ năm trước. Hoặc nếu không, có thể nghi ngờ rằng DMS đang được tạo ra bởi các cơ chế địa chất và hóa học trên toàn hành tinh mà không liên quan đến hoạt động sống.
Trong tình thế phức tạp hơn, một vấn đề cơ bản và nghiêm trọng đang được các nhà thiên văn học đặt ra. Đó chính là vấn đề mà Sara Seager, giáo sư hướng dẫn của Madhusudhan, đã nêu. Trong bài báo gần đây có tiêu đề 'Triển vọng về việc tìm kiếm chỉ dấu hoạt động sống trên các hành tinh ngoài hệ Mặt Trời trong kỷ nguyên James Webb', bà đã chỉ trích rằng có lẽ ngay cả với James Webb, việc tìm kiếm dấu hiệu hoạt động sống trên các hành tinh ngoài hệ Mặt Trời cũng có thể là một nỗ lực gần như vô nghĩa.
Trong 10 năm gần đây, các hành tinh ngoài hệ Mặt Trời mà các nhà thiên văn học tìm thấy chủ yếu được phát hiện xung quanh các sao lùn đỏ, những ngôi sao nhẹ và nhỏ hơn Mặt Trời hơn 10 lần. Vì ngôi sao nhỏ và không quá nóng, để hành tinh duy trì được nhiệt độ đủ ấm, nó phải quay trên quỹ đạo gần hơn. Nhờ đó, hành tinh có chu kỳ ngắn, thường xuyên đi ngang qua che khuất ngôi sao, giúp việc phát hiện sự tồn tại của hành tinh dễ dàng hơn. Đặc biệt, James Webb quan sát vũ trụ bằng tia hồng ngoại – loại tia mà các ngôi sao không quá nóng thường phát ra – nên nó có lợi thế trong việc tìm kiếm các hành tinh quanh sao lùn đỏ.
Từ lâu, các nhà thiên văn học vẫn kỳ vọng rằng tìm kiếm hành tinh ngoài hệ Mặt Trời quanh các sao lùn đỏ nhỏ bé như vậy sẽ thuận lợi hơn. Nếu ngôi sao sáng ngang hoặc hơn Mặt Trời, bản thân ngôi sao quá sáng nên rất khó để nhận ra sự thay đổi độ sáng khi hành tinh đi ngang qua. Hơn nữa, vì ánh sáng sao quá chói, ngay cả khi một phần ánh sáng bị hấp thụ khi đi qua bầu khí quyển hành tinh, dấu vết đó sẽ trông cực kỳ mờ nhạt. Ngược lại, các ngôi sao nhỏ bé giúp việc phát hiện sự thay đổi độ sáng và các dấu vết trên quang phổ trở nên dễ dàng hơn.
Tuy nhiên, có một sự thật quan trọng mà các nhà thiên văn học đã bỏ qua: các ngôi sao lùn đỏ có thể có hoạt động bề mặt dữ dội hơn. Vì ngôi sao nhỏ, toàn bộ bên trong đến bề mặt đều hình thành lớp đối lưu. Vật chất bên trong và bên ngoài sao bị xáo trộn hiệu quả hơn. Ngoài ra, vì bản thân ngôi sao nhỏ, tốc độ tự quay sẽ nhanh hơn, điều này làm cho từ trường xung quanh sao bị xoắn phức tạp hơn. Kết quả là sao lùn đỏ bùng phát tia lửa (flare) thường xuyên hơn Mặt Trời, và trên bề mặt có thể hình thành các vết đen khổng lồ có kích thước tương đương với toàn bộ bề mặt ngôi sao.
Hoạt động bề mặt dữ dội này của sao gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến hình ảnh quang phổ mà chúng ta quan sát được từ Trái Đất. Nếu một vết đen khổng lồ xuất hiện trên bề mặt sao, khi quan sát từ Trái Đất, rất khó để biết lý do ánh sáng sao trông mờ đi là do vết đen đó hay do hành tinh ngoài hệ Mặt Trời đi ngang qua phía trước. Hơn nữa, vết đen khổng lồ có nhiệt độ thấp hơn và ánh sáng tối hơn, nên nếu tình cờ hành tinh đi ngang qua vùng vết đen, dấu vết thành phần khí quyển hành tinh để lại trên quang phổ có thể trở nên mờ nhạt hơn. Chính ánh sáng sao bị giảm đi từ vết đen đã giả dạng thành vạch hấp thụ, làm ô nhiễm quang phổ. Kết quả là rất khó để phân biệt với dấu vết bị hấp thụ thực sự do thành phần khí quyển của hành tinh gây ra.
Seager chỉ ra rằng ngay cả James Webb hiện nay cũng không thể vượt qua vấn đề này. Bà nhấn mạnh rằng ngay cả khi thu được quang phổ nghi là dấu vết của bầu khí quyển hành tinh ngoài hệ Mặt Trời bằng James Webb, cũng khó có thể tin tưởng hoàn toàn vào dữ liệu đó. Seager cho rằng khi xác định thành phần trong bầu khí quyển ngoại hành tinh, nhất định phải cân nhắc ba yếu tố này.
Đáng tiếc là theo phân tích của Seager, tín hiệu liên quan đến DMS không đáp ứng được cả ba điều kiện nêu trên. K2-18b là một ví dụ tuyệt vời cho thấy khả năng có thể phát hiện được các phân tử như DMS – vốn liên quan sâu sắc đến hoạt động sống – trên các hành tinh ngoài hệ Mặt Trời. Tuy nhiên, đáng buồn thay, nhân loại hiện vẫn chưa có công cụ chắc chắn để phán đoán xem đó có thực sự là sự tồn tại của sự sống ngoài hành tinh hay không.
Điểm đáng buồn hơn là hạn chế này không phải là vấn đề nhỏ phát sinh do số lần quan sát ít hay hiệu năng kính viễn vọng chưa đạt yêu cầu. Đây là hạn chế vốn có, nằm ngay trong phương pháp phổ biến nhất mà chúng ta đang sử dụng để phán đoán khả năng tồn tại sự sống trên các hành tinh ngoài hệ Mặt Trời: phương pháp phân tích quang phổ ánh sáng sao khi hành tinh đi ngang qua.
Cuối cùng, để tìm được câu trả lời cho câu hỏi lâu đời "Liệu chúng ta có thực sự cô đơn trong vũ trụ này?", chúng ta cần phải sáng tạo ra những phương pháp "săn tìm" mới vượt xa những cách chúng ta đã thử từ trước đến nay. Vấn đề lớn nhất là nhân loại vẫn chưa có phương án thay thế rõ ràng. Làm thế nào để khẳng định chắc chắn thành phần hóa học nào là chỉ dấu không thể nghi ngờ về hoạt động sống, và cần quan sát bằng cách nào để phát hiện thành phần đó với độ tin cậy cao...? Chúng ta đang cần những suy ngẫm mới mang tính nền tảng hơn.
Tham khảo
https://iopscience.iop.org/article/10.3847/2041-8213/acf577
https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/2025arXiv250118477S/abstract
https://iopscience.iop.org/article/10.3847/2515-5172/add881
https://iopscience.iop.org/article/10.3847/2041-8213/adc1c8
https://iopscience.iop.org/article/10.3847/2041-8213/ad74da
https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/2025arXiv250412946S/abstract
https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/2025arXiv250416236D/abstract
https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/2025arXiv250510539P/abstract
Tác giả Ji Woong-bae là ai? Anh yêu mèo và vũ trụ. Từ khi còn nhỏ, sau khi xem "Galaxy Express 999", anh đã có ước mơ phổ biến vẻ đẹp của vũ trụ. Hiện anh đang nghiên cứu về sự tiến hóa thông qua tương tác giữa các thiên hà tại Trung tâm Nghiên cứu Tiến hóa Thiên hà và Phòng thí nghiệm Vũ trụ học tại Đại học Yonsei, đồng thời tham gia các hoạt động truyền thông khoa học đa dạng như giảng dạy và viết lách. Anh là tác giả của các cuốn sách như 'Đài thiên văn hẹn hò', 'Cả ngày nghĩ về vũ trụ', 'Sao, khoa học của ánh sáng'.