Phát hiện một hành tinh dị thường

Chúng ta thử tưởng tượng một chút, trong khi đang tìm kiếm trứng trong chuồng gà, nhưng thay vì trứng gà, ta lại tìm thấy một quả trứng đà điểu, lớn hơn nhiều so với bất cứ thứ gì mà một con gà có thể đẻ.

Đó là cảm giác của nhóm các nhà thiên văn học do Tiến sĩ Guðmundur Kári Stefánsson tại Đại học Princeton dẫn đầu khi phát hiện ra một hành tinh khổng lồ, nặng hơn Trái đất 13 lần, có quỹ đạo quay xung quanh một Ngôi sao M màu đỏ mờ, lạnh, nhỏ hơn Mặt trời của chúng ta 9 lần, vào đầu năm nay.

Ngôi sao nhỏ này, gọi là ngôi sao M, không chỉ nhỏ hơn Mặt trời trong hệ mặt trời của Trái đất mà còn kém sáng hơn 100 lần. Một ngôi sao như vậy không thể có đủ lượng vật chất cần thiết trong đĩa hình thành hành tinh của nó để sinh ra một hành tinh to lớn như vậy.

Công cụ tìm kiếm hành tinh vùng có thể có sự sống

Trong thập kỷ qua, nhóm các nhà khoa học tại Đại học Princeton đã thiết kế và chế tạo một thiết bị mới có khả năng phát hiện ánh sáng từ những ngôi sao mờ, lạnh ở những bước sóng vượt quá độ nhạy của mắt người – trong vùng cận hồng ngoại.

Được gắn vào Kính viễn vọng Hobby-Eberly dài 10 mét ở Tây Texas, thiết bị này được gọi là Công cụ tìm kiếm hành tinh trong vùng có thể sinh sống được (Habitable Zone Planet Finder). Nó có thể đo được sự thay đổi nhỏ của vận tốc của một ngôi sao khi một hành tinh chịu sự tác động của lực hấp dẫn của nó. Kỹ thuật này, được gọi là kỹ thuật vận tốc hướng tâm Doppler, rất hữu ích trong việc phát hiện các ngoại hành tinh.

Ngoại hành tinh “Exoplanet” là sự kết hợp của các từ ‘ngoài hệ mặt trời’ (extrasolar) và ‘hành tinh’ (planet), vì vậy thuật ngữ này áp dụng cho bất kỳ vật thể nào có kích thước hành tinh quay quanh một ngôi sao không phải là Mặt trời của Trái đất.

Ba mươi năm trước, các quan sát vận tốc hướng tâm Doppler đã cho phép các nhà thiên văn học phát hiện ra 51 Pegasi b, ngoại hành tinh đầu tiên được biết đến quay quanh một ngôi sao giống Mặt trời. Trong những thập kỷ tiếp theo, các nhà thiên văn học đã cải tiến kỹ thuật này. Những phép đo ngày càng chính xác hơn: cho phép phát hiện các hành tinh đá ở những vùng có thể sinh sống được, những vùng xung quanh các ngôi sao nơi nước ở dạng lỏng có thể được duy trì trên bề mặt hành tinh.

Kỹ thuật Doppler vẫn chưa có khả năng khám phá các hành tinh trong vùng có thể sinh sống được bằng khối lượng Trái đất xung quanh các ngôi sao có kích thước bằng Mặt trời. Nhưng các ngôi sao M lạnh và mờ cho thấy dấu hiệu Doppler lớn hơn đối với cùng một hành tinh có kích thước bằng Trái đất. Khối lượng của ngôi sao nhỏ hơn khiến nó bị hành tinh quay quanh kéo mạnh hơn. Và độ sáng thấp hơn dẫn đến vùng có thể sinh sống gần hơn và quỹ đạo ngắn hơn, điều này cũng giúp hành tinh này dễ bị phát hiện hơn.

Khám phá mới này của các nhà thiên văn học, được công bố trên tạp chí Science, về một hành tinh khổng lồ quay quanh ngôi sao M mờ lạnh LHS 3154 – quả trứng đà điểu trong chuồng gà – thực sự là một bất ngờ.

LHS 3154b: Hành tinh dị thường của một ngôi sao nhỏ

Các hành tinh được hình thành trong các đĩa bao gồm khí và bụi. Những đĩa này tập hợp các hạt bụi phát triển thành những tảng đá và cuối cùng kết hợp lại tạo thành lõi hành tinh rắn. Một khi lõi được hình thành, hành tinh này có thể hút bụi rắn cũng như các loại khí xung quanh như hydro và heli bởi lực hấp dẫn. Nhưng nó cần rất nhiều vật chất bụi và khí để thực hiện thành công điều này. Cách hình thành các hành tinh này được gọi là bồi tụ lõi (core accretion).

Một ngôi sao có khối lượng nhỏ như LHS 3154, nhỏ hơn Mặt trời 9 lần, sẽ có một đĩa hình thành hành tinh có khối lượng thấp tương ứng.

Video mô tả về hành tinh LHS 3154b và mặt trời của nó. Nguồn video: Abby Minnich:

Một đĩa bụi và khí quay xung quanh một ngôi sao có khối lượng nhỏ như vậy, đơn giản là sẽ không có đủ chất liệu rắn hoặc khối lượng để có thể tạo ra lõi đủ nặng để tạo ra một hành tinh như vậy. Từ các mô phỏng máy tính, nhóm các nhà thiên văn đã kết luận rằng một hành tinh như vậy cần một đĩa lớn hơn ít nhất 10 lần so với giả định thông thường từ các quan sát trực tiếp về các đĩa hình thành hành tinh.

Một lý thuyết hình thành hành tinh khác, sự mất ổn định hấp dẫn – trong đó khí và bụi trong đĩa trải qua sự sụp đổ trực tiếp để hình thành một hành tinh – cũng gặp khó khăn trong việc giải thích sự hình thành của một hành tinh như vậy mà không có một đĩa rất lớn.

Qua phát hiện mới này, các nhà thiên văn học đang tìm hiểu thêm về cách các hành tinh hình thành và hy vọng có thể tìm thấy những hành tinh có sự sống của các ngôi sao M.

Theo The Conversation