Mặc dù biết các hành tinh quay xung quanh những ngôi sao trong thiên hà, nhưng vấn đề chúng được hình thành như thế nào vẫn còn là một đề tài tranh luận. Dù sự giàu có của thế giới trong hệ Mặt trời chúng ta, các nhà khoa học vẫn chưa chắc chắn được rằng các hành tinh được hình thành như thế nào. Thời gian gần đây, hai giả thuyết được đưa ra về "vai trò của nhà vô địch".

Các nhà khoa học vẫn chưa chắc chắn được rằng các hành tinh được hình thành như thế nào.

Giả thuyết đầu tiên được phổ biến rộng rãi nhất là "bồi tụ lõi" hoạt động tốt với sự hình thành của các hành tinh Trái đất như sao Thủy nhưng gặp vấn đề với các hành tinh khổng lồ. Giả thuyết thứ hai là phương pháp đĩa "không ổn định", có thể giải thích cho sự hình thành các hành tinh khổng lồ.

Các nhà khoa học đang tiếp tục nghiên cứu về những hành tinh nằm trong và ngoài hệ Mặt trời để tìm hiểu rõ hơn về các phương pháp này một cách chính xác nhất.

Khoảng 4,6 tỷ năm trước đây, hệ Mặt trời là một đám mây bụi và khí được gọi là tinh vân mặt trời. Trọng lực phá hủy vật chất vào chính nó khi bắt đầu quay, tạo thành mặt trời ở trung tâm tinh vân.

Với sự gia tăng trọng lực của mặt trời, các vật chất còn lại bắt đầu tập trung lại. Những phần tử hút gần nhau lại, bị ràng buộc bởi trọng lực, tập hợp thành những hạt lớn. Gió mặt trời quét sạch các vật chất nhẹ hơn ở các khu vực gần, chỉ còn lại những vật chất đá, nặng để tạo ra những thế giới nhỏ hơn trên mặt đất giống như sao Thủy. Nhưng hơn thế, những cơn gió mặt trời tác động ít vào những vật chất nhẹ hơn, cho phép chúng hợp lại với nhau tạo thành hành tinh khí khổng lồ (gas giants). Các tiểu hành tinh, sao chổi, hành tinh và mặt trăng được tạo ra bằng cách này.

Hệ Mặt trời là một đám mây bụi và khí được gọi là tinh vân mặt trời.

Giống với Trái đất, lõi kim loại của sao Thủy được hình thành đầu tiên và sau đó tập hợp các phần tử nhẹ hơn lại xung quanh để hình thành lớp vỏ và lớp che phủ. Sao Thủy cũng giống như các hành tinh khác, có khả năng thu thập các mảnh tinh vân lớn hơn tạo thành khí quyển cho nó. Tuy nhiên, khác với các hành tinh khác, khối lượng nhỏ của hành tinh (sao Thủy là hành tinh nhỏ nhất) và vị trí nằm gần với mặt trời giữ một chỗ đứng vững chắc trên các chất khí. Những tác động qua lại với gió mặt trờiliên tục thổi lên các hành tinh trên bầu khí quyển của nó, ngay cả khi được cung cấp một dòng chảy.

Các quan sát ngoại hành tinh dường như để giúp xác định bồi tụ lõi như quá trình hình thành bị ảnh hưởng. Các sao chứa nhiều "kim loại" – cụm từ mà các nhà thiên văn học sử dụng cho các yếu tố khác có nhiều hiđrô và heli hơn- trong các lõi của chúng có nhiều hành tinh khổng lồ hơn so với những hành tinh anh em "nghèo kim loại". Theo NASA, bồi tụ lõi cho thấy các thế giới đá, nhỏ phổ biến hơn những hành tinh khí khổng lồ lớn.

Phát hiện năm 2005 về một hành tinh khí khổng lồ với một lõi khổng lồ quay quanh mặt trời - giống ngôi sao HD 149026 là một ví dụ của ngoại hành tinh giúp tăng cường các trường hợp bồi tụ lõi.

"Đây là một xác nhận về giả thuyết bồi tụ lõi cho sự hình thành hành tinh và bằng chứng cho thấy các hành tinh loại này nên tồn tại trong sự phong phú hơn", Greg Henry cho biết trong một thông cáo báo chí. Greg Henry – một nhà thiên văn học tại trường Đại học Tennessee State, ở Nashvilli - đã phát hiện ra những ngôi sao "bí ẩn".

Giống với Trái đất, lõi kim loại của sao Thủy được hình thành đầu tiên.

Năm 2017, Cơ quan không gian châu Âu (European Space Agency) lên kế hoạch phóng CHaracterising ExOPlanet Satellite (Cheops), nghiên cứu kích thước các ngoại hành tinh từ "siêu Trái đất" đến Neptune. Nghiên cứu về những thế giới xa xôi này có thể xác định được các hành tinh trong hệ Mặt trời được hình thành như thế nào.

"Trong viễn cảnh bồi tụ lõi, lõi của một hành tinh phải đạt được một khối lượng tới hạn trước khi nó có thể phát triển khí trong thời gian di chuyển. Khối lượng đạt tới này phụ thuộc vào nhiều yếu tố vật lý, trong số đó quan trọng nhất là tỷ lệ phát triển của các vi thể hành tinh", nhóm Cheops cho biết.

Bằng nghiên cứu về sự phát triển vật chất của các hành tinh, CHEOPS đưa ra cái nhìn sâu sắc vào cách mà các "thế giới" hình thành phát triển.

Mặc dù mô hình bồi tụ lõi hoạt động tốt trong các hành tinh trái đất, hành tinh khí khổng lồ sẽ cần phát triển nhanh chóng để giữ khối lượng đáng kể các chất khí nhẹ hơn mà chúng đang chứa. Nhưng các mô hình này không thể giải thích cho sự hình thành nhanh chóng được. Dựa theo các mô hình, quá trình này phải mất đến vài triệu năm, dài hơn so với các loại khí ánh sáng có sẵn trong thời gian đầu của hệ Mặt trời. Đồng thời, mô hình bồi tụ lõi phải đối mặt với vấn đề thay đổi, giống như các hành tinh con có khả năng di chuyển theo đường xoắn ốc xung quanh mặt trời trong một khoảng thời gian ngắn.

Mô hình đĩa "không ổn định".

Theo một giả thuyết tương đối mới, đĩa "không ổn định", những khối tích tụ bụi và khí bị ràng buộc với nhau sớm trong dòng đời của hệ Mặt trời. Trải qua thời gian, những khối tích tụ này dần hợp thành một hành tinh khổng lồ. Các hành tinh này có thể hình thành nhanh hơn so với các đối thủ bồi tụ lõi, thỉnh thoảng là trong ít nhất là một nghìn năm, cho phép chúng giữ các khí nhẹ nhanh chóng biến mất. Ngoài ra, chúng cũng nhanh chóng đạt được một khối lượng quỹ đạo bình ổn để giữ chúng từ "bước đi–chết" đến mặt trời.