2200000 năm - Hạt giống hành tinh và tiền hành tinh

Tinh vân Mặt Trời là một nồi canh chứa nhiều thành phần. Các chất khí như hydro, heli, cacbon và oxy khá phổ biến. Vì vậy cái đĩa đầy những nguyên tử - nước, amoiac và metan – tạo thành từ những chất khí đã có. Các nguyên tử silic – nguồn gốc của đá – cũng rất dồi dào, nằm cùng với các kim loại. Tuy nhiên những kim loại này không nằm đều trên đĩa. Gần tiền mặt trời, nơi nhiệt độ khoảng 2000 độ C, chỉ có những vật chất rất nặng, như sắt mới ngưng tụ được. Vì vậy những hạt vật chất lớn lên có thành phần sắt là chính. Xa hơn một chút, nơi nhiệt độ lạnh hơn, các phần tử silic ngưng tụ thành những hạt đá. Và khoảng 5 AU tính từ tâm, vị trí hiện tại của Sao Mộc, những phần tử băng bắt đầu liên kết với nhau. Tại đây, nơi mà các nhà thiên văn gọi là ‘vòng tròn tuyết’*(1), Tinh vân Mặt Trời lạnh hơn nhiều – có thể thấp hơn -70 độ C. Ở đây và xa hơn nữa nơi mà nước, ammoniac và metan cuối cùng cũng ngưng tụ và đông đặc thành tinh thể băng.

Vì vậy, với sự bắt đầu ngưng tụ của Tinh vân Mặt Trời, đĩa tiền hành tinh nhanh chóng bắt đầu hình thành một cơn bão xoắn ốc của cát, sắt và băng quay xung quanh ngôi sao trung tâm với vận tốc mười kilomet một giây. Sự va chạm giữa các phần tử tất nhiên là điều tất yếu. Tuy nhiên, hầu hết tương tác là khá nhẹ nhàng. Một cách để tưởng tượng ra khung cảnh là những chiếc xe hơi đang chạy nhanh trên đường đua. Những chiếc xe chuyển động rất nhanh – so với con đường và khán giả. Nhưng, so với nhau, vận tốc của chúng bị giảm đi rất nhiều, xấp xỉ mức không. Thỉnh thoảng một trong những chiếc xe di chuyển ra bên cạnh và chạm vào các xe khác. Và hiện tượng như vậy cũng xảy ra với các phần tử trong Tinh vân Mặt Trời. Dù chúng chuyển động tròn rất nhanh, chúng vẫn có thể chạm những người hàng xóm bên cạnh mình khá nhẹ. Khi điều này xảy ra, nhiều phần tử kết dính với nhau, mối liên kết có lẽ là do lực điện từ. Đây được gọi là sự kết tụ. Vì vậy, qua quá trình này, những phần tử ban đầu đã bắt đầu lớn lên. Và sản phẩm có tốc độ hình thành rất lớn. Chỉ vài nghìn năm xuất hiện, Tinh vân Mặt Trời đã kết bạn không chỉ với bụi mà còn với hàng sa số những khối vật chất nhỏ - đá và kim loại ở trong, băng đá ở ngoài vòng tròn tuyết. Chuỗi sản xuất hành tinh đang được tiến hành.

Hình dưới: Một cái nhìn về Mặt Trời vừa mới hình thành (bên phải) từ giữa mặt phẳng của TInh vân Mặt Trời cho thấy vô số các khối vật chất đủ mọi kích thước từ cỡ hạt bụi đến cỡ tiểu hành tinh với đường kính vài kilomet. Lớn nhất trong số chúng là các hạt giống hành tinh, những viên gạch tạo nên các hành tinh.

Dần dần, qua những vụ va chạm ngày càng tăng, phần lớn những khối vật chất nguyên thủy này bị đẩy về giữa mặt phẳng của cái đĩa. Nhờ vật chất tập trung vào mặt phẳng mỏng hơn, tỷ lệ các vụ va chạm tăng mạnh. Chỉ khoảng 1000 năm sau đó, những khối vật chất nhỏ đã đạt đường kính vài kilomet tạo ra những ‘hạt giống hành tinh’*(2) có kích thước của một ngọn núi. Điều này đánh dấu một bước đi nữa cho sự hình thành các hành tinh.

Vì kích thước của chúng, những hạt giống hành tinh bây giờ không chỉ lớn nhờ sự va chạm với các phần tử nhỏ mà còn hút chúng bằng lực hấp dẫn. Khi những hạt giống lớn lên thì chúng cũng có lực hấp dẫn lớn hơn. Và vì vậy, chỉ 10000 – 100000 năm sau sự xuất hiện của Tinh vân Mặt Trời, vòng đĩa trong đã tràn đầy những thiên thể có kích thước bằng Mặt Trăng ngày nay. Những thiên thể này, khá chính đáng, được gọi là ‘tiền hành tinh’*(3).

Hình trên: Ở khoảng cách chừng 59 năm ánh sáng so với Trái Đất có một ngôi sao mang tên Beta Pictoris. Kể từ năm 1984, các nhà thiên văn đã biết rằng Beta Pictoris được bao bọc bởi một cách bánh kẹp gồm khí ga và bụi. Vật chất trong cái đĩa này, như chúng ta thấy ở từ ngoài vào trong đã được tô màu khác đi là xanh da trời và lá cây của bức ảnh từ Hubble, đã bắt đầu kết dính với nhau để tạo ra các viên đá và có thể là cả hạt giống hành tinh.
Ảnh của A. Schultz (SCS/STScI), A. Heap (GSCF/NASA), và NASA).

----------------------------------------------------------------------------
Ghi chú:
*(1),*(3) Từ gốc: Vòng tròn tuyết-Snow line, Tiền hành tinh-Protoplanet.
*(2) Hạt giống hành tinh-Planetsimal là từ chưa có tài liệu chính thức nào dịch ra ở thời điểm hiện tại, người dịch dùng tạm từ planet-hành tinh và simal-hạt giống, về mặt ngữ nghĩa thì khá chính xác.

(Còn tiếp...)

The Story of the Solar System-Câu chuyện về Hệ Mặt Trời 
Người dịch: Trịnh Khắc Duy - CLB Thiên văn Bách khoa

• MỤC LỤC - Câu chuyện về Hệ Mặt Trời