Khi NASA công bố phát hiện của họ về hệ TRAPPIST-1 hồi tháng hai vừa qua, nó đã thực sự gây nên một cơn sốt trong dư luận, và thực tế điều đó có một lý do chính đáng. Ba trong số bảy hành tinh cỡ Trái Đất của hệ này nằm trong phạm vi của vùng sống được, có nghĩa là chúng có thể có những điều kiện cần thiết cho sự sống.
Nhưng một trong những khúc mắc lớn nhất của nghiên cứu này là hệ này dường như rất bất ổn định.
"Nếu bạn mô phỏng hệ này, bạn sẽ thấy rằng các hành tinh sẽ va chạm vào nhau trong vòng chưa tới một triệu năm nữa," Dan Tamayo - nhà nghiên cứu sau tiến sĩ ở Trung tâm Khoa học Trái Đất của Đại học Toronto - cho biết.
"Đó có vẻ là một khoảng thời gian dài, nhưng với thiên văn học thì nó thực sự chỉ như một cái chớp mắt. Chúng ta thực sự may mắn khi đã khám phá ra TRAPPIST-1 ngay trước khi nó bị phá hủy, vậy phải có một lý do khiến nó vẫn còn ổn định cho tới nay."
Tamayo và các đồng nghiệp của ông có vẻ như đã tìm ra nguyên nhân. Trong nghiên cứu đã đăng trên Astrophysical Journal Letters, họ mô tả các hành tinh của hệ TRAPPIST-1 nằm trong một dạng gọi là "chuỗi cộng hưởng" khiến cho chúng có thể giữ ổn định cho cả hệ.
Trong kết cấu cộng hưởng như vậy, chu kỳ quỹ đạo của các hành tinh có tỷ lệ đồng bộ rõ ràng. Đây là một nguyên lý mang tính kỹ thuật, nhưng chúng ta có một ví dụ cụ thể là quỹ đạo của Sao Hải Vương và Pluto quanh Mặt Trời. Sao Hải Vương cứ hoàn thành được 3 chu kỳ quỹ đạo thì Pluto hoàn thành 2 chu kỳ của nó. Điều này là may mắn cho Pluto vì nếu không như vậy thì nó không thể tồn tại được. Vì quỹ đạo của hai thiên thể này giao nhau nên nếu quỹ đạo của chúng có tỷ lệ ngẫu nhiên thì chúng chắc chắn sẽ va chạm, nhưng vì sự cộng hưởng này nên các vị trí tương đối của chúng cứ lặp đi lặp lại khiến chúng luôn giữ được khoảng cách an toàn.
Matt Russo, một nhà nghiên cứu sau tiến sĩ ở Viện vật lý thiên văn lý thuyết Canada (CITA) cho biết: "Có một dạng thức như vậy lặp lại một cách nhịp nhàng để bảo đảm rằng hệ này giữ ổn định được trong một thời gian dài."
TRAPPIST-1 có sự xuất hiện của nguyên lý cộng hưởng này đối với toàn bộ bảy hành tinh của nó, tạo thành một chuỗi cộng hưởng. Để minh họa cho đặc điểm thú vị này, Tamayo cùng Russo và một đồng nghiệp nữa là Andrew Santaguida đã tạo ra một đoạn hoạt hình trong đó các hành tinh chơi một nốt nhạc bằng âm thanh piano khi lướt qua phía trước sao mẹ của chúng và một tiếng trống mỗi khi một hành tinh lướt qua hành tinh gần nó nhất.
Vì các chu kỳ của các hành tinh có tỷ lệ đơn giản so với nhau, chuyển động của chúng tạo thành một vòng lặp giống như khi chúng ta chơi nhạc. Những tỷ lệ tần số đơn giản cũng chính là lí do khiến cho hai nốt nhạc trở nên hấp dẫn hơn khi được chơi lên cùng một lúc.
Khi cho các hành tinh chuyển động nhanh, nó tạo ra một bản giao hưởng thú vị của thiên văn học. Nhưng bản giao hưởng đó được trình diễn ở cách chúng ta tới 40 năm ánh sáng.
Nhưng Tamayo lưu ý rằng ngay cả sự đồng bộ quỹ đạo cũng không thể bảo đảm rằng các hành tinh có thể tồn tại mãi. Lý thuyết hỗn loạn đòi hỏi độ chính xác đối với từng quỹ đạo để bảo đảm rằng hệ có thể duy trì ổn định, Điều này giải thích tại sao những mô phỏng đã được thực hiện trước đây nhanh chóng dẫn đến kết quả là các hành tinh va vào nhau.
"Chúng ta không thể đo tất cả các yếu tố quỹ đạo của hệ này đủ chính xác cho tới lúc này, do đó các mô phỏng vẫn sẽ dẫn đến những vụ va chạm bởi những thông số chưa thực sự chính xác." - ông nói.
Để giải quyết việc này, Tamayo và nhóm của ông quan tâm tới quá trình hình thành của hệ. Khi hệ hành tinh này ra đời từ một đĩa khí, các hành tinh đã có sự dịch chuyển tương đối với nhau để hệ có thể đi vào chuỗi cộng hưởng một cách tự nhiên.
"Điều đó có nghĩa là vào giai đoạn đầu, quỹ đạo của mỗi hành tinh đã đã được điều chỉnh ngay để có thể phù hợp với những láng giềng của chúng, giống như các nhạc cụ của một nhóm nhạc được điều chỉnh trước khi biểu diễn để hài hòa với nhau," Russo nói.
Nhóm nghiên cứu đã thử nghiệm các mô hình bằng cách sử dụng hệ thống siêu máy tính của CITA và thấy rằng hệ thống mà họ tạo ra vẫn ổn định trong suốt quá trình chạy. Thời gian chạy thử này dài gấp 100 lần so với những mô phỏng trong nghiên cứu ban đầu mà sau đó đã cho thấy TRAPPIST-1 sẽ sớm bị phá hủy.
Bạn có thể xem đoạn mô phỏng của nhóm nghiên cứu này ngay dưới đây:
Bryan
Theo Science Daily
