Một phương pháp mới săn tìm các tiểu hành tinh đã phát hiện ra hơn một trăm thiên thể nhỏ bé, xa xôi. Phương pháp mới này thậm chí có thể giúp vén màn bí ẩn về Hành tinh thứ Chín.
Các nhà thiên văn học đã phát hiện 139 tiểu hành tinh mới có quỹ đạo quanh Mặt Trời ở xa hơn Sao Hải Vương thông qua dữ liệu từ Khảo sát Năng lượng Tối. Phương pháp mới giúp phát hiện các thiên thể nhỏ này được kỳ vọng sẽ giúp tìm ra thêm hàng nghìn đối tượng ở xa trong những năm tới – và những đối tượng được phát hiện đầu tiên này có thể chỉ là phần nổi của tảng băng chìm mà thôi.
Đồng thời, các đối tượng mới được phát hiện này, cũng như những đối tượng sẽ được phát hiện trong thời gian tới có thể mang đến lời giải cho một trong những câu hỏi hấp dẫn nhất của thiên văn học hiện đại: Liệu có một thế giới rộng lớn và bí ẩn có tên là Hành tinh thứ Chín đang ẩn nấp đâu đó ở vùng ngoài của Hệ Mặt Trời chúng ta hay không?
Bí ẩn bên ngoài Sao Hải Vương
Sao Hải Vương chuyển động quanh Mặt Trời ở khoảng cách khoảng 30 đơn vị thiên văn (AU; trong đó 1 AU là khoảng cách Trái Đất-Mặt Trời). Bên ngoài Sao Hải Vương là Vành đai Kuiper - một vành đai gồm các thiên thể đá và băng (bao gồm cả Pluto) có tổng khối lượng lớn gấp hàng chục đến hàng trăm lần so với vành đai tiểu hành tinh (vành đai có quỹ đạo nằm giữa Sao Hỏa và Sao Mộc). Các đối tượng có quỹ đạo từ trong Vành đai Kuiper và kéo dài vượt qua rìa ngoài của nó ở 50 AU được gọi là các đối tượng xa hơn Sao Hải Vương (TNO). Hiện tại, chúng ta biết gần 3.000 TNO trong Hệ Mặt Trời, nhưng ước tính con số có thể lên đến gần 100.000.
Khi ngày càng có nhiều TNO được phát hiện, một số nhà thiên văn học - bao gồm Konstantin Batygin và Mike Brown đến từ Caltech - đã nhận thấy rằng một tập hợp nhỏ của những đối tượng này có quỹ đạo kỳ lạ. Chúng tương tự nhau một cách không ngờ, giống như có một thiên thể khác chưa được nhìn thấy đang đưa những vật thể gọi là eTNO (các TNO kỳ lạ) này vào các quỹ đạo đặc biệt. Batygin và Brown - cùng các nhóm nghiên cứu khác, như nhóm được dẫn đầu bởi Scott Sheppard thuộc Viện Khoa học Carnegie - nghĩ rằng những eTNO có quỹ đạo kỳ lạ này chỉ ra sự tồn tại của một thiên thể lớn nằm ở khoảng cách xa gọi là Hành tinh thứ Chín.
Được giả thuyết là có khối lượng gấp 5 đến 15 lần Trái Đất và chuyển động trên quỹ đạo cách Mặt Trời 400 AU (hoặc xa hơn), Hành tinh thứ Chín được cho là có lực hấp dẫn đủ để có thể sắp xếp lại quỹ đạo của các eTNO, khiến quỹ đạo của chúng gần như tương tự nhau khi chúng đi đến điểm cận nhật.
Vấn đề là bằng chứng cho Hành tinh thứ Chín cho đến nay vẫn còn ít và chỉ là gián tiếp. Có thể có một cái gì đó khác giải thích cho các quỹ đạo tương đồng này, hoặc có lẽ các nhà nghiên cứu chỉ tình cờ tìm thấy một vài đối tượng có quỹ đạo tương tự nhau. Việc khám phá thêm nhiều TNO, đặc biệt là những TNO nằm ngoài Vành đai Kuiper, sẽ cho phép các nhà thiên văn tìm thấy nhiều manh mối có thể chỉ ra vị trí của Hành tinh thứ Chín được giả thuyết - hoặc phủ nhận hoàn toàn sự tồn tại của nó. Trong số 139 tiểu hành tinh mới được phát hiện trong nghiên cứu, có bảy tiểu hành tinh là eTNO, đây là một bổ sung quan trọng cho danh sách chỉ khoảng mười đối tượng chỉ vài tháng trước.
Camera mới, phương pháp mới
Các TNO mới được tìm thấy bởi các nhà thiên văn học tại Đại học Pennsylvania, sử dụng dữ liệu từ Khảo sát Năng lượng Tối (DES), vốn ban đầu không được thiết kế để tìm kiếm các tiểu hành tinh ở xa.
Tuy nhiên Gary Bernstein, nhà thiên văn học tại Đại học Pennsylvania và cũng là đồng tác giả của nghiên cứu mới này, đã bị thu hút bởi các TNO từ trước khi “Hành tinh thứ Chín được giả thuyết” - và thậm chí trước khi sự tồn tại của Vành đai Kuiper được xác nhận vào những năm 1990. “Bất cứ khi nào tôi chạm tay vào một camera mới hay một thiết bị công nghệ nào, tôi đều đi ra ngoài và cố gắng tìm ra cách làm thế nào để tìm kiếm các đối tượng xa hơn Sao Hải Vương với nó”, Bern Bernstein nói với tạp chí Astronomy. “Và tất nhiên, DES là camera lớn nhất, tốt nhất mà chúng tôi từng có”.
DES là một sản phẩm của nỗ lực quốc tế để tìm hiểu năng lượng tối, bắt đầu quan sát bầu trời bán thiên cầu Nam vào năm 2013, sử dụng một camera cực kỳ nhạy được gắn trên kính thiên văn 4 mét Blanco ở Andes, Chile. Bernstein đã làm việc với nhà thiên văn học Masao Sako và một sinh viên đã tốt nghiệp là Pedro Bernardinelli, đều ở Đại học Pennsylvania, để nghiên cứu sử dụng DES cho việc xác định TNO.
“Hầu hết mọi người, khi cố gắng tìm các TNO, đều dùng một cách thông dụng là chụp các bức ảnh cách nhau vài giờ để có thể nhìn thấy các đối tượng di chuyển”, Bern Bernellielli nói. Dữ liệu của DES không hoạt động theo cách đó.
Bernardinelli đã phải thiết kế các thuật toán mới có thể xác định các đối tượng chuyển động bằng cách nối các chấm giữa các bức ảnh của DES, giúp xác định xem TNO có mặt hay không. Các nhà nghiên cứu sau đó đã xác nhận rằng thuật toán phát hiện chuyển động của họ phù hợp với các TNO đã biết và họ cũng có thể lọc ra các đối tượng giả.
Bernardinelli bắt đầu với việc phân tích một tập hợp nhỏ từ dữ liệu DES. Nhưng sau này khi sử dụng thuật toán của mình để phân tích phần dữ liệu còn lại, Bernardinelli hy vọng sẽ tìm được khoảng 500 TNO trở lên. Sau đó, nếu phương pháp này được áp dụng để phân tích dữ liệu từ các khảo sát nhạy hơn ở đường chân trời, chẳng hạn như dữ liệu từ Đài thiên văn Vera C. Rubin mới, nhóm nghiên cứu kỳ vọng sẽ có thể phát hiện ra hàng ngàn TNO mới. Và với những kết quả này, các nhà thiên văn học cuối cùng có thể có được câu trả lời chắc chắn về việc Hệ Mặt Trời của chúng ta có chứa một hành tinh khổng lồ ở vùng xa của nó hay không.
“Đây là một ví dụ tuyệt vời về cách mà một cuộc khảo sát được thiết kế cho một lĩnh vực của thiên văn học – ở đây là nghiên cứu lịch sử của sự giãn nở vũ trụ - cũng có thể tạo ra bước đột phá khoa học trong một lĩnh vực hoàn toàn không liên quan”, theo Alexander Alexander Mustill, nhà vật lý thiên văn lý thuyết tại Đại học Lund ở Thụy Điển, cho biết trong phỏng vấn với tạp chí Astronomy.
Câu hỏi về Hành tinh thứ Chín
Batygin, người vẫn đang theo đuổi hành trình săn tìm Hành tinh thứ Chín, gọi phương pháp mới dùng để tìm TNOs này là “một ý tưởng tuyệt vời”, ông nói thêm rằng nghiên cứu đã phát hiện ra những đối tượng mới mà trước đây có thể đã bị bỏ sót.
Thật không may, các đối tượng mới chưa giúp đưa ra bất kỳ kết luận nào về Hành tinh thứ Chín. Các nhà nghiên cứu đã công bố kết quả ban đầu với các phân tích xem quỹ đạo của bảy eTNO mới có giúp tìm ra vị trí Hành tinh thứ Chín hay không, nhưng cho đến nay, họ vẫn chưa phát hiện được gì.
“Nếu đây là bộ dữ liệu đầu tiên thu được, thì không ai có thể đưa ra kết luận về giả thuyết Hành tinh thứ Chín vì dường như không có sự tương đồng [trong quỹ đạo của các eTNO mới]”, Sako cho biết. Tuy nhiên, ông nói thêm rằng điều này cũng không phủ nhận sự tồn tại của Hành tinh thứ Chín. Phương pháp của họ có thể phát hiện ra các eTNO khác liên quan đến Hành tinh thứ Chín - hoặc thậm chí giúp phát hiện ra nó.
Ann-Marie Madigan, một nhà thiên văn học tại Đại học Colorado Boulder, nói rằng “Các TNO rất khó phát hiện, và vì vậy mỗi đối tượng chúng tôi tìm thấy đều cho chúng tôi biết rằng có một quần thể lớn hơn nhiều [các đối tượng] ngoài kia”. Càng phát hiện nhiều TNO, chúng ta càng có thể biết được liệu có bằng chứng nào về Hành tinh thứ Chín hay không. Hoặc, thay vào đó, lý thuyết của Madigan về lực hấp dẫn tập hợp của các vật thể ở rất xa có loại bỏ sự cần thiết phải tồn tại Hành tinh thứ Chín hay không.
Câu chuyện của Hệ Mặt Trời chúng ta
Dù Hành tinh thứ Chín có tồn tại hay không, việc hiểu được quỹ đạo và tính chất của các TNO sẽ mang lại hiểu biết sâu sắc về lịch sử của các hành tinh khổng lồ, hay có thể về những hành tinh khổng lồ trong quá khứ đã bị đẩy ra vùng ngoài của Hệ Mặt Trời trong giai đoạn đầu.
“[Các TNO] là dấu tích của những gì đã xảy ra trong Hệ Mặt Trời từ rất lâu”, Bernstein cho biết. “Chúng vẫn đang nằm ngoài kia ở nơi lạnh lẽo của Hệ Mặt Trời”.
Gia Linh
Theo Astronomy
