Trong Hệ Mặt Trời của chúng ta, cả tám hành tinh đều có quỹ đạo quanh Mặt Trời theo một trật tự khá ổn định. Không hành tinh nào lệch quá khoảng 7° so với mặt phẳng xích đạo của Mặt Trời và tất cả đều di chuyển cùng chiều quay của Mặt Trời. Nhưng không phải hệ hành tinh nào cũng như vậy. Một nghiên cứu mới được công bố trên tạp chí Astronomy & Astrophysics, do Yann Carteret, nghiên cứu sinh tiến sĩ tại Đại học Geneva (UNIGE) dẫn đầu, mô tả lần đầu tiên các nhà khoa học phát hiện một ngoại hành tinh có quỹ đạo theo chiều ngược lại so với sao lùn đỏ chủ của nó. Phát hiện này có những hệ quả quan trọng đối với hiểu biết của chúng ta về lý thuyết hình thành hành tinh.
Hành tinh có tên GJ 3090 b là một hành tinh loại hạ Hải Vương (sub-Neptune), có đường kính lớn gấp khoảng 2,2 lần và khối lượng gấp 4,5 lần Trái Đất. Nó có quỹ đạo quanh một sao lùn đỏ lạnh và mờ, nằm cách chúng ta 73 năm ánh sáng trong chòm sao Phoenix ở bầu trời phía Nam, với chu kỳ khoảng 2,9 ngày. Các nhà nghiên cứu đã cố gắng xác định đặc điểm quỹ đạo này bằng kính thiên văn 3,6 m của ESO đặt tại Chile.
Một cách rõ ràng để tìm hiểu chi tiết về quỹ đạo đó là theo dõi sát thời điểm "quá cảnh" của hành tinh, khi nó đi qua phía trước ngôi sao. Cụ thể, các nhà nghiên cứu tìm kiếm một hiện tượng gọi là hiệu ứng Rossiter-McLaughlin (RM). Khi một ngôi sao quay, phía đang chuyển động về phía kính thiên văn quan sát sẽ có dịch chuyển xanh nhẹ do chuyển động của phần đó của ngôi sao về phía người quan sát. Đồng thời, phía còn lại, đang chuyển động ra xa người quan sát, sẽ có dịch chuyển đỏ nhẹ. Đây chính là hiệu ứng RM.
Trong một hệ thông thường như Hệ Mặt Trời của chúng ta, hành tinh sẽ đi qua phía "xanh" (tức là phần đang có dịch chuyển xanh, không phải nó có màu xanh) của ngôi sao trước, tạm thời che khuất phần ánh sáng xanh và khiến ngôi sao có vẻ đỏ hơn. Sau đó, hành tinh sẽ đi qua phía "đỏ", khiến ngôi sao có vẻ xanh hơn một chút. Tuy nhiên, khi các nhà nghiên cứu quan sát GJ 3090 b đi qua phía trước ngôi sao của nó 5 lần riêng biệt, họ nhận thấy điều ngược lại xảy ra trong cả 5 lần - hành tinh luôn đi qua phía "đỏ" trước, rồi mới đến phía "xanh". Nói cách khác, GJ 3090 b đang chuyển động quanh ngôi sao theo chiều ngược lại so với chiều quay của ngôi sao.
Các tính toán tiếp theo cho thấy độ nghiêng quỹ đạo của hành tinh vào khoảng 136° - bất kỳ giá trị nào trên 90° đều có nghĩa là hành tinh chuyển động theo quỹ đạo ngược chiều. Con số này lớn hơn rất nhiều so với mức khoảng 7° của các hành tinh trong Hệ Mặt Trời của chúng ta, nhưng đây không phải lần đầu tiên chúng ta phát hiện một ngoại hành tinh có độ nghiêng quỹ đạo lớn đến vậy. Với những ngoại hành tinh khác đó, chúng ta biết nguyên nhân gây ra hiện tượng này, còn GJ 3090 b dường như không có bất kỳ nguyên nhân nào trong số đó.
Thông thường, các hành tinh có quỹ đạo kỳ lạ là do những tương tác hấp dẫn mạnh xảy ra rất lâu sau khi bản thân hành tinh đã hình thành. Nguyên nhân thường là một hành tinh khổng lồ khác ở nơi nào đó trong hệ hành tinh hoặc do một sao đồng hành gây ra. GJ 3090 b thực sự có một hành tinh khác trong hệ (các nhà nghiên cứu cũng nghi ngờ hành tinh này có thể chuyển động theo quỹ đạo nghịch hành nhưng chưa có đủ dữ liệu để khẳng định), nhưng hành tinh đó không có kích thước đủ lớn để đẩy GJ 3090 b vào kiểu chuyển động nghịch hành như quan sát được.
Không có sao đồng hành ẩn đó, các mô hình động lực học cổ điển về nguyên nhân có thể tạo ra quỹ đạo của hành tinh đều không còn phù hợp. Vậy điều gì có thể đã gây ra hiện tượng này? Các tác giả đưa ra giả thuyết rằng một hiện tượng mà họ gọi là "sự lật đĩa nguyên thủy" có thể đã xảy ra.
Sau khi ngôi sao hình thành và đĩa vật chất ban đầu của nó tiêu tán, một dòng khí và bụi mới từ môi trường liên sao xung quanh được đưa vào. Một phần vật chất này rơi vào ngôi sao nhưng một phần có thể đã tạo thành đĩa tiền hành tinh thứ hai. Nếu vật chất đi vào theo một góc thích hợp, nó sẽ duy trì động lượng góc riêng của mình, và động lượng đó có thể ngược chiều với động lượng của ngôi sao.
Có một số bằng chứng cho hiện tượng này ở các hệ sao khác. Các nhà thiên văn đã quan sát thứ mà họ gọi là "đĩa Peter Pan", những đĩa tồn tại lâu hơn hàng chục triệu năm so với dự đoán của hầu hết các mô hình tiến hóa sao. Vì vậy, GJ 3090 b có thể là một ví dụ về điều xảy ra khi một đĩa Peter Pan cuối cùng "trưởng thành" và trở thành một hành tinh.
Đó là một giả thuyết đáng chú ý nhưng cần thêm bằng chứng để kiểm chứng. Tuy nhiên, những bằng chứng đó có thể sớm xuất hiện, bởi nghiên cứu này đánh dấu một cột mốc kỹ thuật trong quan sát ngoại hành tinh - GJ 3090 b là ngoại hành tinh nhỏ nhất từng được xác định độ nghiêng quỹ đạo quanh một sao lùn đỏ. Chắc chắn sẽ còn nhiều trường hợp tương tự được phát hiện và vẫn còn rất nhiều hệ đa hành tinh quanh các sao lùn đỏ để quan sát. Có thể chỉ còn là vấn đề thời gian trước khi chúng ta giải mã những bí ẩn về các hành tinh chuyển động ngược chiều.
Nguyễn Đình Nam
Theo Universetoday
