Xác định chính xác thành phần hoá học của đĩa tiền hành tinh – cái nôi hình thành nên những hệ hành tinh như Hệ Mặt trời – hết sức quan trọng trong việc làm sáng tỏ cơ chế hình thành hành tinh. Quan sát vạch phát xạ quay của các phân tử có thể giúp ta thực hiện việc này, đây cũng là một trong những phương pháp chính để xác định tính chất vật lý của đĩa. Ngược lại, để hiểu được một cách chính xác tính chất vật lý của đĩa, ta cần hiểu quá trình phát triển hoá học của phân tử với điều kiện nội tại của đĩa.
Hiểu biết về quá trình hình thành các phân tử có chứa lưu huỳnh trên đĩa tiền hành tinh đến nay vẫn còn chưa đầy đủ. Ví dụ như tổng số phân tử chứa lưu huỳnh đo được trong các đám mây phân tử khuếch tán (mật độ phân tử H2 nhỏ hơn 100 phân tử trên một cm khối) là bằng với giá trị đo được trong Hệ Mặt trời, nhưng trong các đám mây đậm đặc nơi diễn ra quá trình hình thành sao thì giá trị này chỉ bằng một phần nghìn giá trị đo được trong Hệ Mặt trời. Hơn nữa, có tới hơn chục phân tử chứa lưu huỳnh được phát hiện trong các đám mây phân tử, nhưng trên đĩa tiền hành tinh, người ta chỉ đo được ba phân tử có chứa lưu huỳnh. Cacbon monoxide (CS) là phân tử có chứa lưu huỳnh phổ biến nhất trên đĩa tiền hành tinh, được phát hiện vào năm 1997 nhờ kính thiên văn vô tuyến IRAM 30m. Gần đây, chúng ta đã khám phá thêm được sự tồn tại của phân tử H2CS nhờ hệ giao thoa vô tuyến ALMA và H2S (một phân tử quan trong trọng của hoá học lưu huỳnh) với NOEMA trên đĩa tiền hành tinh.
Hình 1: Hình trái: Hệ giao thoa vô tuyến NOEMA lần đầu tiên đo được phân tử CCS trên đĩa tiền hành tinh, nơi các hành tinh đang được hình thành. Credits: IRAM, DiVertiCimes. Hình phải: Phát xạ liên tục từ bụi của hệ tiền hành tinh GG Tau. Credit: N.T.Phuong et al 2020, A&A 635, L9
Mới đây, một nhóm các nhà nghiên cứu quốc tế, với sự tham gia của TS. Nguyễn Thị Phương và PGS. Phạm Ngọc Điệp thuộc Trung tâm Vũ trụ Việt Nam đã sử dụng hệ giao thoa vô tuyến NOEMA, với khả năng đặc biệt có thể đo được nhiều vạch phát xạ phân tử cùng một lúc nhờ thiết kế băng tần rộng (~15 GHz), để khảo sát thành phần hoá học của đĩa tiền hành tinh quay quanh một hệ sao ba, GG Tau. Họ đã khảo sát 70 vạch phát xạ quay của tổng số 38 phân tử và phát hiện được 17 phân tử tồn tại trên đĩa này. Trong số đó, họ đã đo được vạch phát xạ quay ở bước sóng ~3mm của phân tử CCS (Thioxoethenylidene) ở khu vực đĩa có mật độ khí và bụi cao của GG Tau. Đây là lần đầu tiên phân tử này được phát hiện trên một đĩa tiền hành tinh. GG Tau là một đĩa tiền hành tinh có khối lượng lớn hơn các đĩa tiền hành tinh cùng loại, tạo điều kiện thuận lợi cho việc phát hiện các phân tử có độ phổ biến thấp (ví dụ như phân tử H2S, có độ phổ biến thấp hơn 20 lần so với CS được phát hiện vào năm 2018 bởi cùng nhóm tác giả).
Tính toán của nhóm tác giả cho thấy, tương tự như H2S, phân tử CCS có độ phổ biến thấp hơn 20 lần so với phân tử CS. Việc phát hiện phân tử này, cũng như giới hạn trên về độ phổ biết của phân tử OCS, giúp củng cố thêm cho chúng ta hiểu biết về hoá học lưu huỳnh trên đĩa tiền hành tinh. Cho đến nay, chưa có mô hình hoá học nào có thể giải thích được độ phổ biến của các phân tử có chứa lưu huỳnh đã được phát hiện trên đĩa (CS, H2S, H2CS, CCS). Việc phát hiện các phân tử mới là một bước tiến thúc đẩy nỗ lực xây dựng các mô hình hoá học chính xác hơn, mở ra con đường mới để hiểu được vật lí và hoá học của đĩa tiền hành tinh, nơi mà các hành tinh được hình thành.
Hình 2: Phổ vạch phát xạ quay của các phân tử phát hiện trên đĩa GG Tau A, trong đó có CCS.
Xem thêm thông tin tại
Điểm tin nghiên cứu quan trọng của Viện nghiên cứu Khoa học vũ trụ Quốc gia Pháp (INSU/CNRS highlight)
https://www.insu.cnrs.fr/fr/cnrsinfo/une-nouvelle-molecule-detectee-dans-un-disque-proto-planetaire
Điểm tin nghiên cứu nổi bật của Viện nghiên cứu Thiên văn vô tuyến IRAM
https://www.iram-institute.org/EN/news/2021/211.html
Bài báo khoa học đăng kết quả phát hiện trên tạp chí Astronomy & Astrophysics
T. Phuong, A. Dutrey, E. Chapillon, S. Guilloteau, J. Bary, T. L. Beck, A. Coutens, O. Denis-Alpizar, E. Di Folco, P. N. Diep, L. Majumdar, J.-P. Melisse, C.-W. Lee, V. Pietu, T. Stoecklin and Y.-W. Tang
