Các nhà thiên văn biết rất nhiều về vành đai tiểu hành tinh. Đánh dấu ranh giới giữa các hành tinh đá bên trong và các hành tinh khí khổng lồ bên ngoài, đó là vùng đất rộng nhất của Hệ Mặt trời giữa Sao Thủy và Sao Hải Vương không chứa một hành tinh lớn nào.
Một trong nhiều vành đai của Hệ Mặt trời bao gồm vành đai Sao Thổ và Vành đai Kuiper, các nhà thiên văn học có thực sự có lịch sử đầy đủ về vành đai tiểu hành tinh không?
Tổng khối lượng của vùng đá vụn thưa thớt này chỉ bằng một phần nghìn khối lượng của Trái đất và một tiểu hành tinh duy nhất, Ceres, chiếm gần một phần ba tổng khối lượng này.
Các tiểu hành tinh bên trong hầu hết là các vật thể khô, cấp S (silic) được cho là giống nhất với các thiên thạch chondrite thông thường, trong khi các vật thể cấp C (cacbon) chiếm ưu thế ở vành đai ngoài và chứa đầy cacbon và nước.
Quỹ đạo của các tiểu hành tinh nói chung là cái được gọi là ‘kích thích động’. Các mạch của chúng quanh Mặt trời không phải là các vòng tròn gọn gàng trong mặt phẳng của Hệ Mặt trời, nhưng có độ lệch tâm quỹ đạo lên tới 0,3 và có thể nghiêng ở các góc trên 20°.
Mặc dù ngày nay chúng ta có thể mô tả vành đai tiểu hành tinh rõ ràng như thế nào, nhưng chúng ta thực sự không biết chắc chắn nó đã hình thành như thế nào ngay từ đầu.
Sean Raymond tại Phòng thí nghiệm Vật lý Thiên văn tại Đại học Bordeaux và David Nesvorný thuộc Khoa Nghiên cứu Không gian, Viện Nghiên cứu Tây Nam, Colorado đã xem xét những gì đã biết về nguồn gốc của nó.
Quan điểm cổ điển cho rằng vành đai tiểu hành tinh được hình thành trong đĩa khí, bụi xoáy quanh Mặt trời nguyên thủy, như một đám các hành tinh còn sót lại, với tổng khối lượng ban đầu có lẽ bằng vài khối lượng Trái đất.
Theo thời gian, theo giả thuyết này, 99,9% vật chất này đã bị đẩy ra khỏi vùng quỹ đạo này do tương tác hấp dẫn từ các hành tinh (bao gồm cả sự di cư sớm của Sao Mộc và Sao Thổ)
Vì vậy, vành đai tiểu hành tinh mà chúng ta quan sát ngày nay đại diện cho tàn tích của một hồ chứa các hành tinh đã cạn kiệt nghiêm trọng.
Nhưng quá trình ngược lại cũng có thể giải thích các đặc điểm của vành đai tiểu hành tinh hiện đại.
Có lẽ khu vực quỹ đạo này thực sự bắt đầu không có vật liệu đá nào trong đó, và nó đã được lấp đầy trong lịch sử Hệ Mặt trời với các hành tinh được sinh ra ở những nơi khác trong Hệ Mặt trời.
Theo cách này, việc điêu khắc vành đai tiểu hành tinh có thể là một câu chuyện tích lũy hơn là cạn kiệt.
Theo Raymond và Nesvorný, manh mối về những gì đã xảy ra có thể được cung cấp bởi hai tiểu hành tinh lớn nhất, Ceres và Vesta.
Mặc dù Ceres và Vesta hiện chiếm các quỹ đạo tương đối gần nhau (thực tế, có khả năng chúng sẽ va chạm trong một tỷ năm tới hoặc lâu hơn), có khả năng chúng thực sự hình thành trong các môi trường rất khác nhau trong Hệ Mặt trời nguyên thủy.
Tàu thăm dò không gian Dawn của NASA đã xác nhận rằng Ceres rất giàu nước đá và có thành phần gần giống với thiên thạch chondrite cacbon.
Tiểu hành tinh khổng lồ này được cho là đã hình thành ở vùng ngoài lạnh giá của Hệ Mặt trời, nhưng đã bị đẩy ra ngoài và cấy vào vành đai tiểu hành tinh do sự hình thành của các hành tinh khí khổng lồ.
Mặt khác, thành phần của Vesta gợi ý rằng nó bị phân tán vào vành đai tiểu hành tinh từ nơi sinh ra nó gần Mặt trời hơn nhiều. Một dấu hiệu cho sự tích lũy có lẽ?
Giáo sư Lewis Dartnell là nhà sinh vật học vũ trụ tại Đại học Westminster. Lewis đang đọc Nguồn gốc và sự tiến hóa năng động của vành đai tiểu hành tinh của Sean N. Raymond và David Nesvorný. Đọc nó trực tuyến tại arxiv.org.
Bài viết này ban đầu xuất hiện trong số tháng 3 năm 2021 của BBC Sky at Night Magazine .