Nguyên tắc vàng trong việc tìm kiếm sự sống ngoài hành tinh

Một nghiên cứu mới từ Phòng thí nghiệm hành tinh ảo trực thuộc Đại học Washington (Mỹ) sẽ giúp cho các nhà khoa học nhận dạng tốt hơn những hành tinh có khả năng tồn tại sự sống.

Các thiết bị quan sát và nghiên cứu vũ trụ vô cùng mạnh mẽ như kính viễn vọng không gian khổng lồ James Webb đang được xây dựng và dự kiến đi vào hoạt động vào năm 2018, sẽ hỗ trợ các nhà thiên văn tìm kiếm sự sống ở những vùng xa xôi trong vũ trụ bằng cách tìm kiếm dấu vết của oxy, một trong những chất tiền đề nhất để tạo nên sự sống.

Điều này được thực hiện bằng cách nghiên cứu quang phổ chuyển vùng hoặc vùng quang phổ của ánh sáng nhìn thấy được do bầu khí quyển của một hành tinh đặc thù phát ra.

Tuy nhiên, một số loại hóa chất và phản ứng phức tạp kì lạ xảy ra trong vũ trụ có thể khiến cho hoạt động nghiên cứu gặp phải nhiều khó khăn. Có hai trường hợp điển hình nhất. Một là quang phổ oxy bị làm nhiễu khiến cho các nhà khoa học không thể nhận ra. Hai là những nguyên tố khác bị làm nhiễu nên tạo ra vùng quang phổ tương tự như của oxy.

Quá trình tìm kiếm sự sống ngoài Trái đất là một hoạt động vô cùng gian nan và dai dẳng. Do vũ trụ có đến hàng tỷ tỷ thiên thể nên cho dù đã áp dụng phương pháp quang phổ để lọc tìm những hành tinh có oxy thì kết quả thu được vẫn rất lớn.

Hành tinh Kepler 62E, nằm cách xa chòm sao Lyra 1.200 năm ánh sáng.

Hơn nữa, vì phương pháp này còn khá nhiều khiếm khuyết nên các nhà khoa học cần một phương pháp tìm kiếm mới có tính chính xác và mang lại kết quả đúng đắn hơn.

Trên Trái đất, oxy được sản xuất gần như hoàn toàn bởi quá trình quang hợp. Thực vật và tảo chuyển đổi ánh sáng Mặt trời thành năng lượng để duy trì cuộc sống, Và vì thế, oxy trên Trái đất chính là dấu hiệu tiền đề và quyết định cho sự tồn tại của sự sống. Tuy nhiên, nguyên tắc vàng "Có oxy là có sự sống" không hoàn toàn đúng ở quy mô vũ trụ.

Nghiên cứu do các nhà khoa học từ Phòng thí nghiệm Hành tinh ảo trực thuộc Đại học Washington đã phát hiện ra rằng một số vùng trong vũ trụ có thể tạo ra được oxy nhưng lại không hề tồn tại sự sống. Loại oxy này được gọi là "oxy vô sinh", đối lập với "oxy hữu sinh" trên Trái đất.

Hiện tượng này thường xảy ra khi một số hành tinh quay quanh một ngôi sao có khối lượng thấp, nhỏ và có độ sáng mờ.

Một trong những phương pháp tạo ra oxy vô sinh phổ biến trong vũ trụ là do ánh sáng cực tím. Một số hành tinh đặc thù có khả năng phát ra ánh sáng cực tím có cường độ cao và phân tách phân tử CO₂ thành O₂.

Tuy nhiên, vẫn có cách để phát hiện ra loại oxy "giả" này. Quá trình phân tách CO₂ bằng tia cực tím sẽ tạo ra một bầu khí quyển trộn lẫn giữa O₂ và CO (cacbon monoxide). Chính vì thế, nếu chúng ta phát hiện một hành tinh đất đá mà bầu khí quyển có cả O₂, CO₂ và CO thì nơi đây có nguy cơ rất lớn không hề tồn tại sự sống.

Nhóm nghiên cứu cũng tìm thấy một nguyên nhân khác có thể tạo ra oxy vô sinh. Ở một số hành tinh đặc thù, dưới áp suất lớn và nhiệt độ cao, phân tử nước H₂O sẽ bị phá vỡ, giải phóng hydro và để lại một lượng lớn oxy.

Trong trường hợp này, cách nhận diện nằm ở mật độ oxy. Do tạo ra bởi phản ứng hóa học chứ không phải là quá trình quang hợp thuộc sinh học nên mật độ oxy ở những nơi này sẽ cao đến mức bất thường, lớn hơn khá nhiều so với mật độ oxy trong bầu khí quyển Trái đất.

Ở những trường hợp tạo ra loại khí oxy vô sinh như trên, do mật độ khá cao nên phân tử oxy thường va chạm với nhau và tạo thành những cụm phân tử O₄ tồn tại trong một khoảng thời gian khá ngắn. Đây chính là điểm mấu chốt để các nhà khoa học có thể nhận diện và loại trừ những hành tinh có khí oxy vô sinh.

Một số tính chất của O₄ có thể dễ dàng phát hiện khi phân tích quang phổ và ánh sáng phản xạ. Càng có nhiều O₄ thì tỷ lệ có sự sống tồn tại càng ít.