Bằng việc sử dụng các quan sát và dữ liệu lưu trữ từ những đài quan sát của NOIRLab (viết tắt của cụm từ National Optical-Infrared Astronomy Research Laboratory/Phòng thí nghiệm nghiên cứu về thiên văn học quang hồng ngoại (Mỹ) do Quỹ Khoa học Quốc gia (NSF)) tài trợ cùng với các quan sát từ những kính thiên văn trên khắp thế giới và đang nằm trên quỹ đạo, các nhà thiên văn vừa phát hiện thấy ở một khu vực gần trong thiên hà Milky Way có ít nhất 70 hành tinh đang trôi nổi tự do - những hành tinh lang thang trong không gian mà không bị ràng buộc bởi sao chủ. Đây là lượng hành tinh nhiều nhất được tìm thấy ở cùng một nhóm, và con số này gần gấp đôi số lượng được biết tới trước đó trên toàn bộ bầu trời.
Các nhà nghiên cứu đã tìm thấy tại một vùng lân cận ngay trong thiên hà Milky Way có một nhóm các hành tinh trôi nổi tự do được gọi là “the Upper Scorpius OB stellar association” (tức chỉ một tập hợp các sao có quang phổ thuộc loại O hoặc B nằm ở khu vực phía trên chòm sao Scorpius. Upper Scorpius cùng 2 nhóm còn lại Upper Centaurus-Lupus và Lower Centaurus-Crux thuộc một cấu trúc lớn hơn là tập hợp sao Scorpius-Centaurus). Ít nhất 70 và nhiều nhất có thể là 170 hành tinh có kích thước cỡ Sao Mộc này đã được tìm thấy thông qua việc nghiên cứu dữ liệu từ hơn 20 năm quan sát. Các hành tinh lang thang đầu tiên được phát hiện vào những năm 1990 nhưng những phát hiện mới nhất cho thấy số lượng này tăng gần gấp đôi so với tổng số trước đây được biết tới.
Để tìm thấy được những hành tinh như vậy, tác giả đứng đầu của nghiên cứu này là Núria Miret-Roig thuộc Phòng thí nghiệm Vật lý thiên văn Bordeaux tại Đại học Bordeaux, Pháp cùng với một nhóm các nhà thiên văn đã sử dụng các quan sát và dữ liệu lưu trữ từ một số đài quan sát lớn, trong đó phải kể tới các kính thiên văn thuộc NOIRLab của NSF, các kính thiên văn của ESO, kính thiên văn Canada-Pháp-Hawaii và kính thiên văn Subaru để thu được lên tới 80.000 hình ảnh trường rộng trong hơn 20 năm quan sát.
Hervé Bouy - nhà thiên văn thuộc Phòng thí nghiệm Vật lý thiên văn Bordeaux, đồng thời là trưởng dự án nghiên cứu này - cho biết sẽ rất khó tìm thấy nhiều hành tinh lang thang nếu không nhờ vào kho lưu trữ dữ liệu thiên văn và phòng thí nghiệm dữ liệu thiên văn - một nền tảng khoa học của NOIRLab hoạt động tại Trung tâm Dữ liệu và Khoa học Cộng đồng (CSDC).
Dữ liệu bao gồm 247 hình ảnh thu được từ thiết bị chụp ảnh hồng ngoại trường cực rộng NEWFIRM tại đài thiên văn quốc gia Kitt Peak (KPNO) ở Arizona, 1348 hình ảnh cũng từ NEWFIRM sau khi nó được chuyển tới đài thiên văn liên Mỹ Cerro Tololo (CTIO) ở Chile, 2214 hình ảnh từ thiết bị ISPI (Infrared Side Port Imager) trước đây từng được gắn trên kính thiên văn Víctor M. Blanco đường kính 4m tại CTIO và 3744 hình ảnh từ máy ảnh năng lượng tối (DEC).
“Kho tàng có sẵn trong kho lưu trữ dữ liệu thiên văn của NOIRLab là nền móng cho nghiên cứu này,” Bouy cho biết. “Chúng tôi cần những hình ảnh có trường rất sâu và rộng ở cả dải bước sóng quang học lẫn cận hồng ngoại, trải qua một khoảng thời gian hoạt động đủ dài. Vì vậy dự án của chúng tôi rất cần DEC và NEWFIRM vì chúng là một trong những máy ảnh trường rộng nhạy nhất trên thế giới.”
Là một trong những máy ảnh trường rộng có cảm biến CCD hiệu suất cao nhất trên thế giới, DEC được thiết kế dành cho Khảo sát Năng lượng Tối (DES) do Bộ Năng lượng (DOE) (Mỹ) tài trợ. Nó được chế tạo và thử nghiệm tại phòng thí nghiệm gia tốc quốc gia (Fermilab) của DOE đồng thời được DOE và NSF đưa vào hoạt động từ 2013 tới 2019. Hiện tại, DEC được sử dụng cho các chương trình bao gồm nhiều lĩnh vực khoa học. Việc phân tích dữ liệu từ DES được hỗ trợ bởi DOE và NSF.
“Dự án này cho thấy tầm quan trọng đáng kinh ngạc của việc cung cấp quyền truy cập vào kho dữ liệu lưu trữ từ các kính thiên văn khác nhau, không chỉ trên khắp nước Mỹ mà còn trên toàn thế giới,” Chris Davis - viên chức phụ trách kế hoạch tại NOIRLab của NSFcho biết. “Đây là điều mà NOIRLab và cụ thể là CSDC đã làm việc chăm chỉ để thực hiện trong nhiều năm và sẽ tiếp tục làm như vậy với sự hỗ trợ từ NSF.”
Hình ảnh chỉ ra 115 vị trí tiềm năng của các hành tinh trôi nổi tự do trong khu vực được quan sát. Nguồn: ESO/N. Risinger (skysurvey.org).
Các hành tinh trôi nổi tự do nằm trong tập hợp sao OB Upper Scorpius cách Trái Đất 420 năm ánh sáng. Khu vực này chứa một số tinh vân nổi tiếng nhất, trong đó có tổ hợp đám mây Rho Ophiuchi, Pipe (tinh vân Ống), Barnard 68 và Coalsack (tinh vân Túi Than).
Các hành tinh trôi nổi tự do chủ yếu được phát hiện thông qua các khảo sát vi thấu kính (một dạng của hiệu ứng thấu kính hấp dẫn, trong đó ánh sáng từ nguồn nền bị bẻ cong bởi trường hấp dẫn của thấu kính phía trước dẫn tới hình ảnh thu được bị bóp méo và sáng hơn), trong đó các nhà thiên văn theo dõi sự thẳng hàng trùng hợp thoáng qua giữa một ngoại hành tinh và một ngôi sao nền. Tuy nhiên, các sự kiện vi thấu kính chỉ xảy ra một lần, do đó không thể thực hiện được các quan sát tiếp theo.
Những hành tinh mới này được phát hiện bằng một phương pháp khác. Những hành tinh này thông thường sẽ không thể chụp ảnh được do chúng ẩn nấp rất xa khỏi bất kỳ ngôi sao nào chiếu sáng mình. Tuy nhiên, Miret-Roig và nhóm của bà đã tận dụng việc trong vài triệu năm sau khi hình thành, những hành tinh này vẫn còn đủ nóng để phát sáng, do đó có thể phát hiện trực tiếp chúng bằng những máy ảnh nhạy được gắn trên các kính thiên văn lớn. Nhóm của Miret-Roig đã sử dụng 80.000 quan sát để đo ánh sáng của tất cả các thiên thể trong tập hợp sao này ở một loạt các bước sóng quang học và cận hồng ngoại đồng thời kết hợp với các phép đo về cách chúng di chuyển trên bầu trời.
Miret-Roig giải thích: “Chúng tôi đo các chuyển động nhỏ, màu sắc và độ sáng của hàng chục triệu nguồn tại một khu vực rộng lớn của bầu trời. Các phép đo này cho phép chúng tôi xác định chính xác những thiên thể mờ nhất nằm trong khu vực này.”
Khám phá này cũng làm sáng tỏ nguồn gốc của các hành tinh lang thang. Một số nhà khoa học tin rằng những hành tinh này có thể hình thành từ vụ sụp đổ của một đám mây khí quá nhỏ mà không thể dẫn tới sự tạo sao, hoặc các hành tinh này có thể đã bị văng ra khỏi quỹ đạo với sao chủ của chúng. Nhưng cơ chế thực sự là gì vẫn còn là bí ẩn.
Mô hình giải phóng cho thấy có thể có một số lượng lớn hơn các hành tinh nổi tự do có kích thước cỡ Trái Đất. “Các hành tinh lang thang có khối lượng cỡ Sao Mộc khó bị đẩy ra khỏi quỹ đạo nhất, điều này có nghĩa là có thể có nhiều hành tinh có khối lượng cỡ Trái Đất đang lang thang trong thiên hà,” Miret-Roig cho biết.
Đài quan sát thiên văn Vera C. Rubin được dự kiến là có thể tìm thấy nhiều hành tinh trôi nổi tự do hơn nữa khi nó sẽ bắt đầu hoạt động vể lĩnh vực khoa học trong thập kỷ này.
Hồng Anh
Theo phys.org
