Dấu vết sự sống ngoài Trái Đất với độ chắc chắn 99,7%: Con số gây chấn động này được tính như thế nào?

Phát hiện sự sống ngoài Trái Đất luôn là một trong những mục tiêu khoa học đầy thách thức và cũng đầy sức hút đối với nhân loại. Mỗi tín hiệu lạ được ghi nhận từ những thế giới xa xôi đều có thể trở thành manh mối đầu tiên về một dạng sống hoàn toàn mới, hay chí ít là bằng chứng cho thấy sự sống không phải là đặc quyền của Trái Đất. 

Trong bối cảnh đó, công bố mới nhất của nhóm nghiên cứu thuộc Đại học Cambridge đã lập tức thu hút sự quan tâm toàn cầu khi họ phát hiện hai phân tử hữu cơ đặc biệt trong khí quyển hành tinh K2-18b, nằm cách chúng ta 124 năm ánh sáng. 

Điều khiến cộng đồng khoa học xôn xao không chỉ nằm ở bản thân phát hiện, mà còn ở mức độ tin cậy được công bố: 99,7 phần trăm. Đây là một con số tưởng chừng chạm ngưỡng khẳng định, nhưng thực chất lại cần được hiểu đúng trong bối cảnh của thống kê, vật lý thiên văn và khoa học sự sống ngoài hành tinh.

Trong quá trình phân tích dữ liệu quang phổ, nhóm nghiên cứu Cambridge đã phát hiện sự hiện diện của dimethyl sulfide và dimethyl disulfide trong khí quyển K2-18b. Trên Trái Đất, hai phân tử này là dấu hiệu quen thuộc của hoạt động sinh học, đặc biệt là sinh vật phù du biển. 

Hơn 90 phần trăm lượng dimethyl sulfide trong đại dương có nguồn gốc từ các vi sinh vật như tảo cát và những loài phù du khác; gần như không có quy trình phi sinh học nào có thể tạo ra lượng lớn phân tử này trong điều kiện Trái Đất. Điều đó khiến dimethyl sulfide thường được xem như một trong những dấu hiệu sinh học tiềm năng quan trọng.

Điều quan trọng nằm ở chỗ K2-18b được xếp vào nhóm hành tinh đại dương hydro, một dạng thế giới có khí quyển giàu hydro và bề mặt bao phủ bởi đại dương sâu. Với điều kiện nhiệt độ nằm trong vùng sinh sống được, hành tinh này có thể duy trì nước lỏng, vốn là thành phần không thể thiếu của sự sống như chúng ta biết. 

Một thế giới như vậy, về mặt lý thuyết, hoàn toàn có khả năng sản sinh hoặc nuôi dưỡng quá trình tạo ra các phân tử chứa lưu huỳnh giống như Trái Đất. Các quan sát trong thời gian qua từ nhiều kính viễn vọng đã củng cố những dự đoán lý thuyết này, khiến K2-18b trở thành ứng viên sáng giá trong danh sách những hành tinh có môi trường tiềm năng hỗ trợ sự sống.

Tuy nhiên, khoa học hành tinh không bao giờ đơn giản như việc tìm thấy một phân tử và kết luận rằng có sự sống. Dimethyl sulfide và dimethyl disulfide vẫn có thể được tạo ra bằng những con đường phi sinh học. 

Thực tế, Đài quan sát Purple Mountain từng phát hiện dimethyl sulfide trên sao chổi 67P, nơi hoàn toàn không có điều kiện cho sự sống nảy nở. Trong trường hợp đó, phân tử được tạo thành thông qua phản ứng giữa băng và bức xạ cực tím, cho thấy môi trường không sinh học vẫn có thể tạo ra các hợp chất hữu cơ phức tạp. Vì vậy, bất kỳ kết luận nào về sự sống đều cần phải dựa trên bức tranh tổng thể của toàn bộ hệ hành tinh, thay vì chỉ một hay hai phân tử đơn lẻ.

Vậy tại sao mức độ tin cậy 99,7% lại được nhắc đến nhiều đến vậy? Con số này bắt nguồn từ khái niệm độ lệch chuẩn trong thống kê, thường được ký hiệu là sigma. Trong vật lý và thiên văn học, sigma càng lớn thì độ tin cậy của phép đo càng cao. 

Một kết quả đạt mức 3 sigma tương đương khoảng 99,7 phần trăm chắc chắn rằng tín hiệu thu được là có thật chứ không phải nhiễu. Dữ liệu quan sát từ K2-18b rơi vào khoảng 2,9 đến 3,4 sigma, tức là tín hiệu phân tử ghi nhận được rất đáng tin cậy. Tuy nhiên, cần nhấn mạnh rằng điều này chỉ nói lên rằng phân tử đó tồn tại trong khí quyển hành tinh, chứ không khẳng định sự tồn tại của sự sống.

Để tiến xa hơn, các nhà khoa học cần tìm kiếm những phân tử được xem là dấu hiệu sống mạnh mẽ hơn, chẳng hạn như oxy hoặc metan. Sự tồn tại đồng thời của hai phân tử này với tỷ lệ không thể giải thích bằng các quá trình phi sinh học sẽ là bằng chứng đáng tin cậy hơn nhiều. Nhưng đạt được điều đó lại là thử thách lớn, bởi việc phân tích khí quyển các hành tinh ngoài hệ Mặt Trời phụ thuộc rất nhiều vào công nghệ, độ nhạy của thiết bị và chiến lược quan sát.

Trong lịch sử, con đường truy tìm sự sống ngoài Trái Đất từng chứng kiến nhiều cú vấp ngã. Có những tín hiệu từng được ca ngợi là dấu hiệu sinh học nhưng sau đó lại hóa ra chỉ là nhiễu thiết bị hoặc kết quả của các phản ứng hóa học không liên quan đến sinh vật. Đó cũng là lý do tại sao giới khoa học hiện nay rất thận trọng với từng tuyên bố. 

Tuy vậy, thí nghiệm mới nhất lần này vẫn được đánh giá rất cao, bởi phương pháp họ sử dụng là quang phổ chuyển tiếp, một kỹ thuật đã được áp dụng rộng rãi trong giám sát khí quyển Trái Đất. Điều đó chứng minh rằng những công cụ hiện có hoàn toàn có khả năng phân tích khí quyển của các hành tinh xa xôi với độ chính xác đủ tốt để tìm kiếm dấu hiệu của sự sống.

Một bước ngoặt khác đến từ phát hiện vào năm 2024 của Đài quan sát Vân Nam, khi các nhà khoa học tìm thấy alanine thuận tay trái trong không gian vũ trụ. Điều này cho thấy một số phân tử hữu cơ trong vũ trụ có tính chất khác biệt so với các phân tử cùng loại trên Trái Đất, mở ra câu hỏi lớn về nguồn gốc và sự đa dạng của hóa học vũ trụ. 

Các phát hiện như vậy không chỉ làm phong phú thêm kiến thức khoa học mà còn giúp con người hiểu rõ hơn về các kịch bản có thể dẫn tới sự hình thành của sự sống.

Trong thời gian tới, giới khoa học kỳ vọng nhiều vào Kính viễn vọng Khảo sát Bầu trời, dự kiến được phóng vào năm 2027. Thiết bị này được cho là có độ phân giải vượt trội hơn cả Hubble, mang lại khả năng quan sát tinh tế và rõ ràng hơn đối với các hành tinh trong vùng sinh sống. Các tín hiệu như dimethyl sulfide trên K2-18b có thể được xác minh, bổ sung và đối chiếu với dữ liệu từ những phân tử khác nhằm vẽ nên bức tranh chính xác hơn về môi trường sinh học tiềm năng.

Dù phát hiện tại K2-18b đã thắp lên niềm hy vọng mới, con đường đến câu trả lời cuối cùng về sự sống ngoài Trái Đất vẫn rất dài và đầy thách thức. Nhưng mỗi bước tiến nhỏ lại đưa nhân loại gần hơn một chút đến việc giải đáp câu hỏi lớn nhất của vũ trụ: liệu chúng ta có cô đơn hay không. 

Và dù câu trả lời này cần thêm nhiều năm nghiên cứu nữa, phát hiện 99,7% từ K2-18b đã cho thấy chúng ta đang đi đúng hướng, với những công cụ ngày càng mạnh mẽ và những thành tựu khoa học ngày càng thuyết phục.