[비즈한국] Chúng ta đều đến từ đâu? Thiên văn học đưa ra một câu trả lời vô cùng tuyệt vời cho câu hỏi này. Đó là tất cả chúng ta đều là 'bụi của các vì sao'. Tất cả chúng ta đều là sao, là bụi vũ trụ. Đây không đơn thuần là một phép ẩn dụ mà thực sự là sự thật về mặt khoa học. Tất cả chúng ta đều được tạo thành từ những nguyên liệu để lại bởi các ngôi sao đã bùng nổ và biến mất từ rất lâu đời.
Nếu xét ở cấp độ nguyên tử, điều này hoàn toàn chính xác. Tuy nhiên, nếu suy nghĩ về quá trình các nguyên tử đó tập hợp lại với nhau để tạo thành các phân tử phức tạp hơn, vẫn còn đó rất nhiều ẩn số chưa có lời giải. Trong số đó, điều khiến chúng ta bối rối nhất chính là nguồn gốc của nước. 70% bề mặt Trái Đất được bao phủ bởi đại dương. Nước là nguyên liệu quan trọng nhất cho sự sống trên Trái Đất. Nhưng thật ngạc nhiên, chúng ta vẫn chưa biết chính xác nguồn gốc thực sự của loại nước này là từ đâu.
Nếu chỉ nhìn vào bản thân phân tử nước được cấu tạo từ hai nguyên tử hydro và một nguyên tử oxy, nước là một thành phần phổ biến có thể dễ dàng tìm thấy ở bất cứ đâu trong vũ trụ. Đương nhiên, chúng ta sẽ nghĩ rằng loại nước giống như nước trên Trái Đất sẽ tồn tại ở khắp nơi trong không gian. Ví dụ, các tiểu hành tinh và sao chổi ở rìa Hệ Mặt Trời cũng có băng nước. Ngay cả các thiên thể liên sao bay đến từ bên ngoài Hệ Mặt Trời cũng bị đóng băng. Rất dễ để cho rằng nước của chúng không khác biệt nhiều so với nước của Trái Đất. Kỳ vọng rằng nước khá phổ biến này dẫn đến kỳ vọng về sự tồn tại của người ngoài hành tinh một cách tự nhiên.
Tuy nhiên, vũ trụ lại cho thấy một hình ảnh hoàn toàn nằm ngoài dự đoán. Thật bối rối, nước của Trái Đất trông thực sự đặc biệt. Nó có vẻ là loại nước khác biệt, chỉ có ở Trái Đất mà khó có thể tìm thấy ở bất kỳ nơi nào khác trong Hệ Mặt Trời.
Năm 2025, một vị khách vô cùng xa lạ đã ghé thăm Hệ Mặt Trời. Đó là 3I/ATLAS. Như cái tên đã gợi ý, đây chính thức là thiên thể liên sao thứ ba được xác nhận. Nó không phải là tiểu hành tinh hay sao chổi được sinh ra và lớn lên cùng chúng ta trong Hệ Mặt Trời, mà là một thiên thể được tạo ra xung quanh một ngôi sao hoàn toàn khác, sau đó rời bỏ quê hương gốc của mình, băng qua không gian giữa các vì sao và tình cờ đi vào Hệ Mặt Trời.
Thiên thể liên sao 'Oumuamua được phát hiện lần đầu tiên vào năm 2017 đã khiến chúng ta càng thêm phấn khích nhờ quỹ đạo kỳ lạ cùng hình dáng thon dài và xa lạ. Một số người thậm chí còn kỳ vọng rằng đó không phải là thiên thể tự nhiên mà là tàu thăm dò của một nền văn minh ngoài hành tinh. Năm 2019, thiên thể liên sao thứ hai là Borisov đã được phát hiện. So với lần phát hiện đầu tiên, nó khá tẻ nhạt và mọi người cũng không mấy quan tâm. Nó mang vẻ ngoài của một sao chổi bình thường hơn nhiều so với 'Oumuamua. Khi băng thăng hoa, một lớp vỏ đầu sao chổi (coma) khổng lồ được tạo thành bởi khí và bụi xung quanh, đồng thời nó cũng vẽ nên một cái đuôi. Và rồi vào năm 2025, vị khách thứ ba 3I/ATLAS đã tìm đến.
Thiên thể này rốt cuộc đã bay đến từ đâu và khi nào? Chính câu hỏi đơn giản này lại dẫn chúng ta đến những điều bí ẩn đáng kinh ngạc hơn. Các nhà thiên văn học đã tìm hiểu xem thiên thể này đã trôi dạt trong không gian liên sao bao lâu, và liệu có manh mối nào về sự sống ngoài hành tinh ẩn chứa bên trong nó hay không. Họ hy vọng rằng sẽ có những manh mối đáp lại kỳ vọng rằng các nguyên liệu nước và sự sống tương tự Trái Đất có thể rất phổ biến ở vũ trụ bao la ngoài kia. Tuy nhiên, thật bối rối khi họ lại đối mặt với kết quả hoàn toàn trái ngược.
3I/ATLAS cũng chứa băng nước. Nhưng nó được tạo thành từ các phân tử nước nặng hơn nhiều so với nước của Trái Đất. Nói chính xác hơn, hydro tạo nên phân tử nước không phải là hydro nhẹ bình thường mà là một đồng vị hydro nặng hơn. Đây được gọi là hydro nặng, hay deuteri. Trường hợp chỉ có một trong hai nguyên tử hydro trong phân tử nước là deuteri thì trở thành HDO. Đây được gọi là nước bán nặng (semi-heavy water). Thậm chí có trường hợp cả hai nguyên tử hydro đều là deuteri. Đó là trường hợp của D2O. Đây được gọi là nước nặng theo nghĩa hẹp nhất. Thực tế, trong thiên văn học, HDO quan trọng hơn. Bởi vì deuteri vốn dĩ rất hiếm, nên phân tử nước có cả hai nguyên tử đều là deuteri là vô cùng hiếm. Do đó, chỉ cần đo tỷ lệ HDO cũng có thể biết được loại nước đó đã được hình thành trong môi trường như thế nào.
Vậy thì deuteri rốt cuộc đến từ đâu? Deuteri được tạo ra nhiều hơn trong môi trường lạnh. Trước khi một ngôi sao ra đời, trong các đám mây phân tử lạnh lẽo, một ion có tên là H3+ đóng vai trò rất quan trọng. Ion này phản ứng với phân tử HD, là dạng kết hợp giữa một nguyên tử hydro thường và một nguyên tử deuteri, để tạo ra H2D+. Phản ứng này xảy ra tốt hơn khi nhiệt độ càng thấp. Ngược lại, khi nhiệt độ tăng cao, nó sẽ chuyển ngược lại trạng thái ban đầu và tiến triển theo hướng tạo ra ion H3+. Một cách tự nhiên, số lượng các ion và phân tử chứa deuteri lại giảm đi.
Vì vậy, trong môi trường rất lạnh, các ion và phân tử chứa deuteri được tạo ra nhiều hơn. Deuteri được tạo ra theo cách đó sẽ đóng băng trên bề mặt gồ ghề của các hạt bụi trong đám mây phân tử và đi vào trong băng nước. Và nếu lớp băng đó sau này được nhào nặn thành sao chổi hoặc các vi hành tinh, thì môi trường ngay tại thời điểm băng nước deuteri đóng băng đó sẽ được lưu giữ nguyên vẹn bên trong. Do đó, nếu tính được tỷ lệ đồng vị D/H trong băng sao chổi, ta có thể suy luận ra môi trường vào thời điểm thiên thể đó lần đầu tiên bị đóng băng và nhào nặn.
Vào ngày 4 tháng 11 năm 2025, chỉ vài ngày sau khi 3I/ATLAS đi qua điểm cận nhật gần Mặt Trời nhất, kính thiên văn vô tuyến ALMA ở Chile đã nhắm vào thiên thể này. Lúc đó, 3I/ATLAS chỉ cách Mặt Trời 1.37 AU. Đây là khoảng cách đủ để sự thăng hoa của băng nước diễn ra mạnh mẽ. Thông qua ALMA, các nhà thiên văn học đã lục soát kỹ lưỡng phổ để lại dấu vết của nước, nước bán nặng HDO và metanol CH3OH.
Kết quả là các vạch phát xạ của HDO và nhiều loại metanol đã xuất hiện. Tín hiệu của nước thông thường không hiện ra rõ ràng. Rõ ràng vì 3I/ATLAS cũng là một sao chổi nên lẽ ra phải có nhiều băng nước, nhưng nước thông thường lại không thấy, mà gần như chỉ thấy HDO. Với phương pháp tính tỷ lệ đơn thuần, rất khó để tìm ra giá trị D/H có ý nghĩa. Vì vậy, họ đã sử dụng một phương pháp tinh vi hơn. Đó là tận dụng metanol, một chất bất ngờ không phải là nước cũng không phải là nước bán nặng. Bằng cách sử dụng trạng thái khi các phân tử metanol bị kích thích, họ đã ước tính gián tiếp xem có bao nhiêu nước đang được tạo ra bên trong lớp vỏ đầu sao chổi của 3I/ATLAS.
Trong lớp vỏ đầu sao chổi của sao chổi, các phân tử metanol bị kích thích lên mức năng lượng cụ thể khi va chạm với các phân tử khác xung quanh. Sau đó, khi trở lại trạng thái năng lượng thấp, chúng phát ra sóng vô tuyến có bước sóng cụ thể. Nhìn vào hình dạng của phổ mà metanol phát ra lúc này, có thể biết được các phân tử metanol tồn tại ở đó với mật độ cao như thế nào và ở nhiệt độ thấp ra sao. Nếu giả định rằng đối tượng va chạm chính với các phân tử metanol trong lớp vỏ sao chổi là phân tử nước, thì trạng thái kích thích của các phân tử metanol trở thành chỉ số báo hiệu mật độ phân tử nước xung quanh và tỷ lệ tạo nước. Nhiệt độ lớp vỏ của 3I/ATLAS ước tính vào khoảng 70K. Nếu áp dụng nhiệt độ này, kết quả cho thấy 3I/ATLAS tạo ra khoảng 10^29 phân tử nước mỗi giây.
Tuy nhiên, có những hạn chế khi chấp nhận con số này một cách nguyên vẹn. Vì lớp vỏ thực tế của 3I/ATLAS không chỉ tạo ra phân tử nước mà còn có thể tạo ra các phân tử khí dễ bay hơi khác như carbon dioxide, carbon monoxide và metanol. Đặc biệt, 3I/ATLAS còn có kết quả là chứa rất nhiều carbon dioxide so với các sao chổi khác trong Hệ Mặt Trời. Vì vậy, con số này nên được coi là giá trị giới hạn trên thay vì là lượng nước chính xác có trong 3I/ATLAS. Dựa trên điều này, khi so sánh lượng HDO với giới hạn trên của phân tử nước, tỷ lệ D/H của 3I/ATLAS là khoảng 6.6×10^−3. Chỉ nhìn vào số liệu thì có vẻ là một con số khá nhỏ, nhưng mức này cao gấp 40 lần so với D/H của nước biển trên Trái Đất. 3I/ATLAS bị đóng băng chặt chẽ bởi các phân tử nước nặng hơn, được cấu tạo từ hydro nặng hơn nhiều so với Trái Đất.
Tuy nhiên, một điều cần lưu ý ở đây là trên thực tế, số lượng phân tử nước thông thường trong 3I/ATLAS có thể còn ít hơn. Như đã giải thích ở trên, ước tính về phân tử nước được sử dụng trong phân tích lần này là giá trị giới hạn trên. Trên thực tế, có thể có thêm các phân tử khác như carbon dioxide, carbon monoxide, nên lượng phân tử nước có thể ít hơn. Nhưng trong D/H, số lượng phân tử nước thông thường nằm ở mẫu số. Do đó, nếu số lượng phân tử nước thực tế giảm đi, thì D/H sẽ tăng lên. Chỉ với ước tính thô sơ lần này, 3I/ATLAS đã cho thấy con số cao gấp hơn 40 lần nước biển trên Trái Đất, mà trên thực tế, nó có thể còn lớn hơn thế rất nhiều!
Đây không đơn thuần là câu chuyện ở mức độ vị nước của 3I/ATLAS hơi khác so với Trái Đất. Kết quả đáng kinh ngạc này cho thấy 3I/ATLAS là một thực thể được sinh ra trong một môi trường hoàn toàn khác biệt so với các sao chổi trong Hệ Mặt Trời. Hơn nữa, nó còn cho thấy các hành tinh, tiểu hành tinh và sao chổi được hình thành như thế nào bên cạnh các ngôi sao khác ngoài Hệ Mặt Trời, và băng cũng như nước ở đó được tạo ra trong điều kiện nào. Đồng thời, nó cung cấp manh mối về việc Trái Đất và Hệ Mặt Trời của chúng ta là một nơi phổ biến hay là một nơi rất đặc biệt khi nhìn vào toàn bộ vũ trụ.
Vậy thì nơi 3I/ATLAS ra đời khác với Hệ Mặt Trời của chúng ta đến mức nào? Thứ nhất, rất có khả năng 3I/ATLAS được hình thành trong một môi trường lạnh hơn nhiều so với các sao chổi trong Hệ Mặt Trời. Sự tích tụ deuteri thường diễn ra hiệu quả trong môi trường cực kỳ lạnh dưới 30K. Mặc dù các sao chổi trong Hệ Mặt Trời tất nhiên cũng bị đóng băng ở những nơi rất lạnh, nhưng 3I/ATLAS cho thấy manh mối rằng nó được sinh ra trong môi trường có nhiệt độ khắc nghiệt hơn thế nữa.
Thứ hai, ngôi sao quê hương của 3I/ATLAS có thể là một ngôi sao được sinh ra trong môi trường rất khác với Mặt Trời. Mặt Trời có lẽ có khả năng cao được sinh ra trong một môi trường cụm sao nơi các ngôi sao tụ tập đông đúc. Mặc dù hiện tại nó đang tỏa sáng cô độc do bị thua trong cuộc chiến động lực học, nhưng nếu chỉ nhìn vào bản thân Mặt Trời, nó là một ngôi sao vô cùng bình thường. Nếu lúc Mặt Trời mới ra đời mà xung quanh có các ngôi sao khác, thì ánh sáng tử ngoại mãnh liệt từ các ngôi sao lân cận sẽ làm ấm lớp băng và khí ở rìa Hệ Mặt Trời nguyên thủy. Trong môi trường như vậy, tỷ lệ D/H của băng nước khó có thể tăng lên một cách cực đoan.
Tuy nhiên, nếu ngôi sao quê hương của 3I/ATLAS ở trong một môi trường bị cô lập hơn nhiều, và do đó không có ngôi sao lân cận nào chiếu sáng vào sao chổi, thì môi trường của 3I/ATLAS sẽ được giữ lạnh hơn nhiều. Kết quả là deuteri có thể đã bị tích tụ cao hơn trong lớp băng.
Khả năng thứ ba khác là 3I/ATLAS có khả năng được hình thành ở rìa ngoài cùng của hệ hành tinh nguyên thủy, cách xa ngôi sao quê hương của nó. Ở những nơi gần ngôi sao, nước và các phân tử hữu cơ hầu hết đều trải qua quá trình nung nóng, bốc hơi rồi lại đóng băng. Trong quá trình đó, các dấu vết còn sót lại từ môi trường cực lạnh ban đầu có thể biến mất. Nhưng nếu 3I/ATLAS liên tục trôi dạt ở rìa ngôi sao quê hương từ khi mới sinh ra cho đến khi thoát khỏi quê hương, thì môi trường cực lạnh có thể được duy trì liên tục. Các vi hành tinh băng giá được tạo ra theo cách đó có thể bảo tồn thành phần đồng vị nguyên thủy hơn nhiều.
Cuối cùng, khả năng thứ tư là 3I/ATLAS đã bị văng ra ngay sau khi được sinh ra bên cạnh ngôi sao quê hương, vào một thời điểm quá sớm. Nếu nó ở lại gần ngôi sao quê hương quá lâu, ánh sáng của ngôi sao trung tâm hẳn đã làm nóng lớp băng. Ngoài ra, nó cũng phải trải qua quá trình va chạm liên tục với các thiên thể khác xung quanh và bị nung nóng do trọng lực bởi các hành tinh lớn khác ở gần đó. Khi đó, deuteri lẽ ra đã phải biến mất rất nhiều. Nhưng nếu nó bị văng ra khỏi ngôi sao quê hương quá sớm ngay sau khi vừa mới sinh ra, nó có thể đã bắt đầu hành trình liên sao mà vẫn duy trì được chỉ số D/H ở mức cao mà chưa kịp bị xóa nhòa.
Khi nghĩ đến việc trôi dạt trong không gian liên sao cũng là một hành trình khắc nghiệt như thế nào, hình ảnh mà 3I/ATLAS thể hiện thực sự rất đáng kinh ngạc. Việc thoát khỏi hệ sao quê hương không có nghĩa là nó đã hoàn toàn thoát khỏi ánh sáng sao nóng bỏng. Vũ trụ vẫn còn quá nhiều ngôi sao, và 3I/ATLAS, vốn chỉ là một mảnh sao chổi quá nhỏ bé so với các vì sao, rất dễ bị cuốn vào trọng lực của các ngôi sao lân cận khác. Chỉ cần đi ngang qua gần một ngôi sao khác, các thành phần hóa học trên bề mặt có thể nhanh chóng bị biến đổi do tương tác ngay lập tức với bức xạ vũ trụ, tia tử ngoại và vật chất liên sao. Thế nhưng, 3I/ATLAS đã bảo vệ đáng kinh ngạc vẻ ngoài ban đầu được hình thành trong môi trường cực lạnh của chính mình.
Cuối cùng, cách giải thích tự nhiên nhất là dù đã trải qua môi trường khắc nghiệt của không gian liên sao, nhưng vì ngay từ đầu nó đã bắt đầu với trạng thái D/H rất, rất cao, nên nó mới có thể giữ được mức D/H cao như thế này.
3I/ATLAS là một phiên bản thiên thạch liên sao. Giống như việc rất khó để đi trực tiếp đến Sao Hỏa, nhưng đôi khi chúng ta nhặt được thiên thạch Sao Hỏa rơi xuống Trái Đất để gián tiếp khám phá thành phần của Sao Hỏa, mặc dù không thể trực tiếp ghé thăm các ngôi sao và hành tinh ngoại lai khác ngoài Hệ Mặt Trời, nhưng nhờ 3I/ATLAS đã vượt qua thời gian và khoảng cách dài để bay đến với chúng ta, chúng ta có thể suy đoán các hành tinh ngoại lai có thể được sinh ra trong những môi trường đa dạng như thế nào. Trong suốt thời gian qua, chúng ta chỉ có thể nhìn thấy bóng dáng mờ ảo của các hành tinh ngoại lai cách xa hàng trăm, hàng nghìn năm ánh sáng và quan sát những dấu vết mơ hồ của các phân tử nước ẩn sâu trong phổ mờ nhạt, nhưng nhờ sự xuất hiện bất ngờ của 3I/ATLAS, chúng ta đã có thể phân tích các thành phần của thế giới bên ngoài ngay trước mắt.
Sao chổi thường được coi là những chiếc hộp thời gian cho thấy lịch sử hình thành ban đầu của Hệ Mặt Trời. Nói một cách đơn giản, sao chổi là băng bẩn. Nó là một khối hỗn hợp của băng, đá và bụi. Khi tiến gần đến Mặt Trời, lớp băng trên bề mặt thăng hoa và vẽ nên một cái đuôi dài. Phân tích các thành phần phân tử được giải phóng lúc này, có thể biết được thành phần hóa học của lớp băng mà sao chổi đã mang theo. Sao chổi vốn bị đóng băng chặt chẽ ở rìa Hệ Mặt Trời trong một thời gian dài, khi bị trọng lực của Mặt Trời thu hút và tiến gần đến Mặt Trời, nó tự tiết lộ những bí mật mà bản thân đã cất giữ trong suốt một thời gian dài.
Tham khảo
https://www.nature.com/articles/s41550-026-02850-5
Tác giả Ji Ung-bae là ai? Anh yêu mèo và vũ trụ. Khi còn nhỏ, sau khi xem 'Galaxy Express 999', anh đã có ước mơ truyền bá vẻ đẹp của vũ trụ. Hiện anh là Giáo sư trợ lý tại Khoa Nghiên cứu Tự do, Đại học Sejong, đồng thời tham gia các hoạt động truyền thông khoa học đa dạng như giảng dạy và viết lách. Anh đã viết các cuốn sách như 'Về sự vô dụng của nhà thiên văn học', 'Tất cả chúng ta đều sinh ra là nhà thiên văn học', 'Những câu hỏi kỳ lạ xuất hiện khi nhìn vào vũ trụ', và dịch các cuốn sách như 'Tôi đã giết Sao Diêm Vương như thế nào', 'Quantum Life', 'UFO'.