JWST phát hiện mặt trăng bên trong của Sao Hải Vương là tàn tích của thế giới băng giá cổ đại — và Triton chính là thủ phạm

Các quan sát của JWST đánh dấu lần đầu tiên các nhà khoa học có được bản phân tích hóa học chi tiết về các mặt trăng bên trong và vành đai Sao Hải Vương . Sử dụng máy quang phổ hồng ngoại của kính thiên văn, các nhà khoa học đã phân tích "cầu vồng" ánh sáng hồng ngoại phản xạ từ ba mặt trăng — Proteus, Larissa và Galatea — và từ chính các vành đai .

Điều họ tìm thấy thật bất ngờ. Thay vì băng nước — thứ thường chiếm ưu thế trên bề mặt của hầu hết các thiên thể ở vùng ngoài hệ Mặt Trời — thì quang phổ lại cho thấy các dấu hiệu rõ ràng của phyllosilicat giàu magiê . Những khoáng sét này đặc biệt đáng chú ý vì hai lý do:

• Chúng chỉ hình thành khi có nước lỏng trong một thời gian dài .
• Không có băng nước nào hiện diện trong quang phổ của các thiên thể này .
• Phyllosilicat chưa từng được phát hiện bên ngoài Sao Mộc trong vùng ngoài hệ Mặt Trời .

Để có đất sét mà không có bất kỳ băng nước nào, vật liệu này phải đến từ sâu bên trong các thiên thể mẹ lớn hơn nhiều — những mặt trăng đủ lớn để tạo ra nhiệt bên trong, làm tan chảy băng nước và thúc đẩy các phản ứng hóa học tạo ra khoáng sét .

Một vụ án mạng thiên văn: Sự bắt giữ Triton

Mối liên hệ về thành phần này dẫn đến một bí ẩn lâu đời về hệ thống vệ tinh của Sao Hải Vương. Triton, mặt trăng lớn nhất của Sao Hải Vương, quay quanh hành tinh theo hướng nghịch hành (ngược chiều) — ngược với chiều tự quay của Sao Hải Vương . Trong nhiều thập kỷ, các nhà thiên văn đã giải thích quỹ đạo bất thường này là bằng chứng cho thấy Triton không hình thành xung quanh Sao Hải Vương mà thay vào đó đã bị bắt giữ từ Vành đai Kuiper, giống như Sao Diêm Vương .

Dữ liệu mới từ JWST đã cung cấp "khẩu súng hút thuốc" về thành phần hóa học cho thấy sự xuất hiện của Triton đã gây ra điều gì cho hệ thống mặt trăng hiện có . Theo nhóm Caltech, khi Triton bị lực hấp dẫn của Sao Hải Vương bắt giữ vào thời kỳ đầu của lịch sử hệ Mặt Trời, lực hấp dẫn khổng lồ của nó đã phá vỡ hệ thống các mặt trăng băng giá lớn ban đầu vốn quay quanh Sao Hải Vương theo quỹ đạo thuận hành thông thường .

Từ hủy diệt đến tái sinh

Sau thảm họa hủy diệt này, lực hấp dẫn dần dần kéo các mảnh vụn trở lại với nhau. Các mặt trăng nhỏ bên trong mà chúng ta thấy ngày nay — Larissa, Galatea, Proteus, và những mặt trăng khác — được cho là những mảnh vụn tái kết tụ của những thế giới đã bị phá hủy đó . Bởi vì các mặt trăng tái hình thành này nhỏ hơn nhiều so với các tiền thân của chúng, chúng không thể tạo ra đủ nhiệt bên trong để làm tan chảy băng và tạo ra đất sét. Thay vào đó, chúng chỉ đơn giản là kế thừa vật liệu giàu sét từ phần bên trong bị nghiền nát của các thiên thể mẹ lớn hơn .

Điều này giải thích tại sao Webb tìm thấy đất sét nhưng không có băng trên bề mặt của chúng: các lớp vỏ băng giá ban đầu có thể đã bị mất trong vụ va chạm, chỉ để lại vật liệu đã qua xử lý từ phần bên trong .

Một giải thích khác: Xé vụn do thủy triều

Trong khi giả thuyết bắt giữ Triton là giả thuyết hàng đầu, nhóm nghiên cứu cũng lưu ý một khả năng khác. Các khoáng sét này cũng có thể đến từ sự xé vụn do thủy triều của một vật thể lớn, đã phân hóa từ Vành đai Kuiper — một thiên thể có kích thước tương tự Sao Diêm Vương — đã đến quá gần Sao Hải Vương và bị xé toạc bởi lực hấp dẫn của hành tinh này . Dù trong trường hợp nào, kết luận vẫn giống nhau: vật liệu lộ ra trên các mặt trăng và vành đai bên trong ngày nay đến từ sâu bên trong một thứ gì đó lớn hơn nhiều so với các mặt trăng này hiện tại .

Điều này có ý nghĩa gì đối với khoa học hành tinh

Phát hiện này đã làm thay đổi hiểu biết của chúng ta về hệ thống vệ tinh của Sao Hải Vương. Thay vì là những thiên thể nguyên thủy, không bị xáo trộn, hình thành cùng với hành tinh băng khổng lồ này, các mặt trăng bên trong giờ đây được hiểu là những người sống sót sau một sự xáo trộn dữ dội của toàn bộ hệ thống Sao Hải Vương .

Câu chuyện này phù hợp với một mô hình rộng lớn hơn ở vùng ngoài hệ Mặt Trời, nơi các hành tinh khổng lồ đã phá vỡ hoặc thay thế các hệ thống mặt trăng ban đầu của chúng. Các quá trình tương tự có thể đã xảy ra xung quanh Sao Thiên Vương và Sao Thổ, và các quan sát của JWST cung cấp một khuôn mẫu để nghiên cứu các hệ thống đó .

Bức tranh toàn cảnh: Sức mạnh của JWST trong việc đọc lịch sử hành tinh

Khám phá này chứng tỏ khả năng độc đáo của Kính viễn vọng Không gian James Webb trong việc thăm dò thành phần của các thiên thể nhỏ, mờ nhạt ở vùng ngoài hệ Mặt Trời. Ở bước sóng hồng ngoại, JWST có thể phát hiện các khoáng chất và băng mà các kính thiên văn khác không thể nhìn thấy, cho phép các nhà khoa học tái tạo lại các sự kiện đã xảy ra hàng tỷ năm trước .

Như một nhà nghiên cứu của Caltech đã nói: "Nếu Sao Hải Vương từng có một hệ thống mặt trăng giống Sao Thiên Vương — với các mặt trăng lớn, thông thường trên quỹ đạo tròn — thì giờ đây chúng ta có thể nói rằng sự bắt giữ Triton đã phá hủy hệ thống đó và tạo ra các mặt trăng bên trong mà chúng ta thấy ngày nay" .

Những điểm chính

• JWST phát hiện khoáng sét giàu magiê trên các mặt trăng và vành đai bên trong Sao Hải Vương, không phát hiện thấy băng nước .
• Đất sét cần có nước lỏng, nghĩa là nó phải hình thành sâu bên trong các thiên thể mẹ lớn hơn nhiều .
• Nguyên nhân rất có thể là sự hủy diệt thảm khốc của một hệ thống mặt trăng ban đầu khi Sao Hải Vương bắt giữ Triton từ Vành đai Kuiper .
• Một giả thuyết thay thế liên quan đến sự xé vụn do thủy triều của một vật thể lớn, đã phân hóa từ Vành đai Kuiper .
• Các mặt trăng bên trong ngày nay là đống đổ nát tái kết tụ, không phải là các thiên thể nguyên thủy .