Những ngôi sao trẻ, giống như Mặt Trời của chúng ta, không ra đời trong khoảng không trống rỗng. Xung quanh chúng xoay chuyển những đĩa khí và bụi dày đặc — những chiếc nôi vũ trụ thực sự, nơi các hành tinh được sinh ra. Nhưng khí, vật liệu xây dựng chính cho bầu khí quyển của những hành tinh khổng lồ như Sao Mộc và Sao Thổ, không tồn tại vĩnh viễn. Nó dần dần thoát đi, và cánh cửa cơ hội nhanh chóng khép lại.
Những quan sát mới từ kính viễn vọng không gian James Webb, bao phủ 72 hệ sao trẻ, lần đầu tiên cho phép chúng ta thấy chính xác điều này xảy ra như thế nào ở các giai đoạn khác nhau trong vòng đời của đĩa tiền hành tinh. Nghiên cứu, kết quả được công bố trên The Astronomical Journal, do Naman Bajaj từ Đại học Arizona dẫn đầu. Trong số các đồng tác giả có nhà khoa học Uma Gorti của Viện SETI, người đã nghiên cứu quá trình phân tán của những đĩa như vậy trong nhiều thập kỷ.
Dữ liệu từ thiết bị MIRI của kính Webb trở thành một loại cuộn phim: mỗi hệ thống là một khung hình trong bộ phim về những triệu năm đầu tiên của quá trình tiến hóa hành tinh. Trong các đĩa trẻ nhất, nơi vật chất vẫn đang tích cực rơi vào ngôi sao, các luồng phun mạnh mẽ và gió rộng chiếm ưu thế. Chúng được thúc đẩy bởi từ trường xuyên qua đĩa. Hydro phân tử — phân tử phổ biến nhất trong các vùng này — và neon bị ion hóa giúp các nhà khoa học theo dõi các dòng chảy mang khối lượng và mô men động lượng đi xa.
Theo thời gian, bức tranh thay đổi. Khi dòng vật chất rơi vào ngôi sao suy yếu, các luồng phun lắng xuống, và gió trở nên chủ yếu là nguyên tử. Bức xạ năng lượng cao của chính ngôi sao — tia cực tím và tia X — xuyên qua lớp khí mỏng dần, làm nóng nó và khiến nó bay đi. Quá trình này, được gọi là quang bay hơi, ngày càng đóng vai trò lớn hơn. Đây chính là điều Gorti đã nghiên cứu từ lâu, và giờ đây các quan sát xác nhận lý thuyết khớp với thực tế như thế nào trên hàng chục hệ thống.
“Sự hình thành hành tinh là một cuộc đua với thời gian,” Bajaj nhận xét. “Các hành tinh khí khổng lồ như Sao Mộc phải thu thập bầu khí quyển đồ sộ của chúng trong khi đĩa vẫn đủ dày đặc để cung cấp, trước khi gió và luồng phun cuốn vật liệu thô này vào không gian.”
Gorti nói thêm: sự phân tán của đĩa đặt ra chiếc đồng hồ nền tảng. Ngay khi khí biến mất, khả năng xây dựng các hành tinh giàu khí gần như kết thúc. Trong 66 trong số 72 đĩa, các nhà khoa học đã thấy các luồng phun kéo dài của hydro phân tử và neon bị ion hóa. Gió phân tử hình nón được phát hiện trong 46 hệ thống, luồng phun neon nhanh — trong 40. Mỗi hệ thống có luồng phun neon cũng cho thấy dấu vết của gió hydro hoặc oxy.
Những dữ liệu này tiếp nối công trình trước đó của cùng nhóm. Vào năm 2024, bằng cách sử dụng Webb, họ đã chụp được ảnh khí thoát ra từ đĩa xung quanh ngôi sao trẻ T Cha. Giờ đây quy mô đã tăng lên hàng chục vật thể, và rõ ràng là: không một cơ chế nào hoạt động một mình. Các hệ thống chuyển từ giai đoạn luồng phun từ tính mạnh sang kỷ nguyên gió nguyên tử, bao gồm cả quang bay hơi.
Phía trước là các phép đo chính xác về lượng khí bị cuốn đi và từ những vùng nào của đĩa. Điều này sẽ giúp hiểu không chỉ cánh cửa cho các hành tinh khổng lồ đóng nhanh như thế nào, mà còn nơi chính xác các loại hành tinh khác nhau kịp hình thành. Trong khi đó, các quan sát nhắc nhở chúng ta: trong vũ trụ, mọi thứ được kết nối một cách kỳ diệu. Các luồng khổng lồ, từ trường, bức xạ của các ngôi sao trẻ và các dấu vết hóa học tinh tế hoạt động cùng nhau, tạo ra các điều kiện trong đó đôi khi các thế giới giống như của chúng ta kịp ra đời. Chúng ta sống trong một vũ trụ nơi ngay cả sự ra đời của các hành tinh cũng là một cuộc đua kịch tính kéo dài hàng triệu năm, và kính viễn vọng Webb lần đầu tiên cho phép chúng ta thấy nó trong tất cả sự hùng vĩ trọn vẹn.
