Các nhà thiên văn đều nhất trí rằng các hành tinh được sinh ra trong những đĩa tiền hành tinh - những vành khí và bụi bao quanh các sao trẻ sơ sinh. Trong khi hàng trăm chiếc đĩa như vậy đã được phát hiện khắp vũ trụ thì việc quan sát sự ra đời và hình thành của các hành tinh trên thực tế cho thấy gặp khó khăn trong những môi trường này.
Giờ đây, các nhà thiên văn tại Trung tâm Vật lý Thiên văn Harvard & Smithsonian (bang Massachusetts, Mỹ) đã phát triển một phương pháp mới để tìm kiếm những hành tinh mới hình thành khó phát hiện này và cùng với đó là bằng chứng xác thực về một hành tinh nhỏ có kích thước tương tự Sao Hải Vương hay Sao Thổ ẩn nấp trong một đĩa. Các kết quả được mô tả trên The Astrophysical Journal Letters (một loại tạp chí chuyên ngành về Vật lý Thiên văn).
Feng Long - một nhà nghiên cứu sau tiến sĩ tại Trung tâm Vật lý Thiên văn nói trên cũng là người dẫn đầu nghiên cứu mới này cho biết: “Việc trực tiếp phát hiện các hành tinh trẻ là rất khó khăn và cho tới nay chúng ta chỉ mới thành công ở một hoặc hai trường hợp. Chúng ta không thể nhìn thấy các hành tinh này vì lúc nào chúng cũng quá mờ do được bao bọc trong những lớp khí và bụi dày.”
Thay vào đó, các nhà khoa học phải truy tìm manh mối để suy luận xem liệu có một hành tinh nào đó đang phát triển ở dưới lớp bụi này hay không.
“Trong vài năm qua, chúng tôi đã quan sát thấy nhiều cấu trúc xuất hiện trên các đĩa mà chúng tôi nghĩ là do sự có mặt của một hành tinh nào đó gây ra, nhưng cũng không thể loại trừ khả năng có một nguyên nhân khác,” Long cho biết. “Chúng tôi cần những kỹ thuật mới để nghiên cứu và củng cố cho kết luận rằng có một hành tinh đang ở đó.”
Để xác thực cho nghiên cứu của mình, Long quyết định kiểm tra lại một đĩa tiền hành tinh có tên là LkCa 15. Nằm cách Trái Đất 518 năm ánh sáng, ở vị trí của chòm sao Taurus. Các nhà khoa học trước đây đã cho thấy bằng chứng về sự hình thành của hành tinh nằm trong đĩa này thông qua việc sử dụng các quan sát tại Đài quan sát ALMA (viết tắt của cụm từ Atacama Large Millimeter Array - một tổ hợp gồm 66 kính thiên văn vô tuyến hoạt động ở dải bước sóng milimet nằm ở sa mạc Atacama của Chile).
Dành nhiều thời gian để nghiên cứu về dữ liệu ở độ phân giải cao của đĩa LkCa 15 thu được từ ALMA vào năm 2019, Long đã nhận thấy hai đặc điểm mờ nhạt chưa từng được phát hiện trước đó.
Nằm cách sao chủ của nó khoảng 42 đơn vị thiên văn (AU) - hay gấp 42 lần khoảng cách từ Trái Đất tới Mặt Trời, Long phát hiện thấy có một vòng bụi cùng với hai chùm vật chất sáng riêng biệt quay quanh. Khối vật chất này có hình dạng giống như một khối nhỏ và một vòng cung lớn hơn cách nhau 120 độ.
Long đã xem xét kịch bản cùng với các mô hình máy tính để truy tìm nguyên nhân gây ra sự tích tụ vật chất này và biết được rằng kích thước cùng vị trí của chúng phù hợp với mô hình về sự có mặt của một hành tinh. Bà cho biết: “Vòng cung và đám vật chất này cách nhau khoảng 120 độ. Mức độ tách biệt đó không đáng ngạc nhiên nhưng nó có ý nghĩa về mặt toán học.”
Long nhấn mạnh rằng các vị trí trong không gian mà được gọi là điểm Lagrange, nơi hai thiên thể chuyển động - chẳng hạn như một ngôi sao và một hành tinh chuyển động quanh nó - sẽ gây ra các vùng hấp dẫn mạnh mẽ xung quanh chúng, nơi vật chất có thể tích tụ lại với nhau.
Long giải thích: “Chúng tôi thấy rằng vật chất này không chỉ trôi nổi tự do mà chúng còn ổn định và chủ yếu tập trung tại vị trí mà chúng muốn định vị dựa trên tính vật lý và các vật thể liên quan.
Trong trường hợp này, vòng cung và khối vật chất mà Long phát hiện nằm ở điểm L4 và L5. Nằm ẩn nấp ở vị trí cách chúng 60 độ là một hành tinh nhỏ gây ra sự tích tụ bụi tại 2 điểm này.
Kết quả cho thấy hành tinh này có kích thước gần bằng Sao Hải Vương hoặc Sao Thổ và khoảng 1-3 triệu năm tuổi. (Một độ tuổi tương đối trẻ ở các hành tinh)
Việc chụp ảnh trực tiếp hành tinh nhỏ mới hình thành này có thể sẽ không sớm được thực hiện do bị hạn chế về mặt công nghệ, nhưng Long tin rằng các quan sát bổ sung của ALMA về LkCa 15 có thể cung cấp thêm bằng chứng hỗ trợ cho việc phát hiện hành tinh của bà.
Bà cũng hy vọng rằng phương pháp phát hiện các hành tinh mới của mình - với vật chất tập trung tích tụ tại các điểm Lagrange - sẽ được các nhà thiên văn sử dụng trong tương lai.
“Tôi hy vọng phương pháp này có thể được áp dụng rộng rãi trong tương lai,” bà cho biết. “Lưu ý duy nhất là điều này đòi hỏi dữ liệu rất chi tiết vì tín hiệu yếu.”
Hồng Anh
Theo phys.org
Chú thích về hình ảnh phía trên: Hình vẽ của họa sĩ về một hành tinh nhỏ có kích thước tương tự Sao Thổ được phát hiện trong hệ sao LkCa 15. Hành tinh này nằm bên trong các vành khí và bụi dày đặc bao quanh một ngôi sao sáng màu vàng. Vật chất tích tụ thành cụm và vòng cung cách hành tinh khoảng 60 độ. Lưu ý: Hình ảnh này không chính xác về mặt tỷ lệ. Bản quyền hình ảnh: M.Weiss / Trung tâm Vật lý Thiên văn | Harvard & Smithsonian.
