Khoảng 4,5 tỷ năm trước, khi Hệ Mặt Trời còn rất trẻ, một hành tinh nguyên thủy có kích thước tương đương sao Hỏa, được gọi là Theia, có thể đã va chạm với Trái Đất.
Giả thuyết va chạm khổng lồ hiện là một trong những cách giải thích hàng đầu về nguồn gốc Mặt Trăng. Theo đó, cú va chạm khiến lượng lớn vật chất bị hất lên quỹ đạo quanh Trái Đất và sau đó tập hợp lại để tạo thành vệ tinh tự nhiên của hành tinh chúng ta.
Những mô phỏng máy tính mới cho thấy quá trình này có thể diễn ra nhanh đến khó tin. Yếu tố quan trọng được các nhà khoa học xem xét kỹ hơn lần này là nhiệt độ bên trong Trái Đất và Theia tại thời điểm va chạm.
Nhiệt độ của Theia có thể làm thay đổi vụ va chạm
Nhà khoa học hành tinh Robin Canup là một trong những người có đóng góp quan trọng cho việc phát triển các mô hình về vụ va chạm giữa Theia và Trái Đất nguyên thủy.
Trong nghiên cứu mới, nhóm do Adeene Denton thuộc Viện Nghiên cứu Tây Nam (Southwest Research Institute) dẫn đầu tập trung nhiều hơn vào đặc tính địa chất của hai thiên thể, đặc biệt là độ bền của vật chất phụ thuộc vào nhiệt độ.
Các mô phỏng cho thấy những thiên thể nóng có độ bền thấp hơn đáng kể so với khi chúng lạnh. Điều này có thể ảnh hưởng tới cách Trái Đất và Theia biến dạng, hấp thụ động lượng cũng như lượng vật chất bị hất ra sau va chạm.
Nhiệt độ của vài trăm kilomet ngoài cùng của Theia được xác định là một yếu tố đặc biệt quan trọng. Khi nóng hơn, lớp vật chất này dễ biến dạng và phản ứng khác trước lực tác động cực lớn.
Sau va chạm, phần lõi giàu sắt của Theia phần lớn chìm xuống Trái Đất, trong khi lượng lớn vật chất khác bị phá vỡ và tạo thành một đĩa mảnh vụn bao quanh hành tinh. Đây được cho là nguồn vật chất hình thành Mặt Trăng.
Mặt Trăng có thể xuất hiện chỉ sau vài giờ
Các mô hình trước đây đưa ra nhiều kịch bản về quá trình Mặt Trăng ra đời. Theo một kịch bản, đĩa vật chất tồn tại quanh Trái Đất và các mảnh vụn dần va chạm, kết tụ để tạo nên Mặt Trăng.
Tuy nhiên, những mô phỏng do NASA dẫn đầu năm 2022 từng cho thấy một khả năng khác: Mặt Trăng có thể hình thành trực tiếp chỉ trong vài giờ sau cú va chạm.
Các mô phỏng mới của nhóm Denton tiếp tục cho thấy khả năng này.
Nếu Theia tương đối lạnh, tương ứng với trường hợp vụ va chạm xảy ra muộn hơn, khoảng 100 đến 150 triệu năm sau khi các hành tinh trong Hệ Mặt Trời hình thành, vật chất sau va chạm có thể tạo thành cấu trúc để Mặt Trăng tích tụ dần. Do lạnh và cứng hơn, một phần đáng kể của Theia cũng có thể tồn tại sau cú va chạm trước khi hòa trộn vào Trái Đất.
Ngược lại, nếu Theia vẫn rất nóng và vụ va chạm xảy ra chưa đầy 60 triệu năm sau khi các hành tinh hình thành, kết quả có thể rất khác.
Trong trường hợp này, Theia có thể bị phá hủy gần như hoàn toàn và tạo ra lượng lớn vật chất quanh Trái Đất. Từ đó, Mặt Trăng có thể hình thành chỉ trong vài giờ.
“Khi tôi sử dụng những thông số tương tự các mô hình va chạm ban đầu, bao gồm cấu trúc nhiệt độ giống nhau bên trong cả hai thiên thể, một Mặt Trăng hoàn chỉnh đã xuất hiện chỉ sau khoảng 5 giờ”, Denton cho biết.
Kết quả này không có nghĩa giới khoa học đã xác định Mặt Trăng chắc chắn hình thành trong 5 giờ. Đây là kết quả của một kịch bản mô phỏng với những điều kiện cụ thể về trạng thái nhiệt và cấu trúc của hai thiên thể.
Nguồn gốc vật chất của Mặt Trăng vẫn là câu hỏi lớn
Những mô phỏng mới còn đặt ra vấn đề về thành phần của Mặt Trăng. Trong cả hai kịch bản được nghiên cứu, Mặt Trăng chủ yếu hình thành từ vật chất lớp phủ của Theia và chỉ có một phần nhỏ vật chất từ lớp phủ Trái Đất.
Trong khi đó, thành phần của Mặt Trăng lại có nhiều điểm tương đồng với lớp phủ Trái Đất. Nếu phần lớn vật chất tạo nên Mặt Trăng thực sự đến từ Theia, sự tương đồng này tiếp tục đặt ra câu hỏi về nguồn gốc và thành phần của hành tinh nguyên thủy này.
Robin Canup, người không tham gia nghiên cứu, cho rằng kết quả mới có thể giúp tìm hiểu mối liên hệ giữa những đặc tính hiện nay của Mặt Trăng, trong đó có hàm lượng các nguyên tố dễ bay hơi, với trạng thái nhiệt của Trái Đất và Theia vào thời điểm va chạm.
Trái Đất và Mặt Trăng cũng tồn tại những khác biệt về tỷ lệ một số đồng vị mà các mô hình hiện nay chưa giải thích hoàn toàn. Vì vậy, dù kịch bản Mặt Trăng hình thành chỉ trong vài giờ đang nhận thêm bằng chứng từ mô phỏng, nguồn gốc chính xác của vệ tinh tự nhiên này vẫn còn nhiều câu hỏi cần được giải đáp.
