Sử dụng Đài thiên văn W. M. Keck ở Maunakea, Hawaii, các nhà thiên văn học đã phát hiện ra một trong những hành tinh có khối lượng thấp nhất và chụp được những hình ảnh trực tiếp. Họ không chỉ có thể đo khối lượng của nó mà còn có thể xác định rằng nó có quỹ đạo tương tự như các hành tinh khổng lồ trong Hệ Mặt Trời của chúng ta.
Hành tinh này có tên là AF Lep b, là một trong những hành tinh đầu tiên được phát hiện bằng kỹ thuật astrometry (có nghĩa là kỹ thuật đo đạc thiên văn); phương pháp này đo các chuyển động nhỏ của ngôi sao chủ trong nhiều năm để giúp các nhà thiên văn học xác định những thiên thể đồng hành khó phát hiện có quỹ đạo quanh nó, bao gồm cả các hành tinh, dựa trên tác động lực hấp dẫn của những thiên thể này lên sao chủ.
Nghiên cứu này được dẫn đầu bởi Kyle Franson, một sinh viên tốt nghiệp ngành thiên văn học tại Đại học Texas ở Austin (UT Austin) và được công bố trên tạp chí Astrophysical Journal Letters.
Franson cho biết: “Khi chúng tôi phân tích các quan sát sử dụng kính thiên văn Keck II trong thời gian thực để loại bỏ bớt một cách cẩn thận ánh sáng từ ngôi sao, hành tinh này ngay lập tức hiện ra và ngày càng trở nên rõ ràng hơn khi chúng tôi quan sát lâu hơn”.
Những hình ảnh trực tiếp mà nhóm của Franson chụp được tiết lộ rằng AF Lep b có khối lượng gấp ba lần Sao Mộc và chuyển động quanh AF Leporis, một ngôi sao trẻ giống như Mặt Trời cách chúng ta khoảng 87,5 năm ánh sáng. Họ đã chụp một loạt ảnh chi tiết của hành tinh bắt đầu từ tháng 12 năm 2021; hai nhóm khác cũng đã chụp được hình ảnh của hành tinh này kể từ thời điểm đó.
Brendan Bowler, giáo sư thiên văn tại UT Austin và là cố vấn chính của nghiên cứu cho biết: “Đây là lần đầu tiên phương pháp này được sử dụng để tìm kiếm một hành tinh khổng lồ quanh một ngôi sao trẻ tương tự như Mặt Trời. “Điều này mở ra cánh cửa cho việc sử dụng phương pháp này như một công cụ mới để khám phá ngoại hành tinh.”
Mặc dù có khối lượng nhỏ hơn nhiều so với sao chủ của nó, nhưng chuyển động trên quỹ đạo của hành tinh sẽ làm cho vị trí của một ngôi sao dao động nhẹ quanh khối tâm của hệ. Phương pháp astrometry phát hiện sự dịch chuyển vị trí của một ngôi sao trên nền trời so với các ngôi sao khác để suy đoán sự tồn tại của các hành tinh xung quanh nó. Franson và Bowler đã xác định rằng hệ AF Leporis có thể chứa một hành tinh, dựa trên sự dịch chuyển của nó trong các quan sát suốt 25 năm bởi các vệ tinh Hipparcos và Gaia.
Để chụp ảnh trực tiếp hành tinh này, nhóm nghiên cứu từ UT Austin đã sử dụng hệ thống quang học thích ứng của Đài thiên văn Keck, hệ thống này hiệu chỉnh các dao động do nhiễu loạn trong khí quyển Trái Đất, kết hợp với thiết bị loại bỏ độ lóa của Camera cận hồng ngoại 2 (Near-Infrared Camera 2 - NIRC2) gắn trên Kính thiên văn Keck II, giúp loại bỏ ánh sáng từ sao chủ để có thể quan sát hành tinh rõ hơn. AF Lep b mờ hơn khoảng 10.000 lần so với ngôi sao chủ của nó và cách sao chủ khoảng 8 lần khoảng cách Trái đất-Mặt Trời.
“Chụp ảnh các hành tinh là một thách thức,” Franson nói. “Chúng tôi chỉ có khoảng 15 mẫu, và chúng tôi nghĩ rằng phương pháp mới này, có thể thực hiện được bởi kính thiên văn Keck II và kỹ thuật chụp ảnh quang học thích ứng NIRC2, sẽ mang lại hiệu quả hơn nhiều so với các quan sát không sử dụng chụp ảnh được thực hiện trong hai thập kỷ qua.”
Chuyển động của ngoại hành tinh AF Lep b (chấm màu trắng ở góc 10 giờ) quanh sao chủ của nó, được chụp bởi đài quan sát Keck lần lượt vào tháng 10 năm 2021 và tháng 2 năm 2023.
Có hai cách phổ biến nhất để tìm kiếm các ngoại hành tinh, một là quan sát sự suy giảm nhẹ, có chu kỳ của ánh sáng từ ngôi sao khi một hành tinh đi qua phía trước nó - giống như một con bướm đêm bay quanh ánh đèn ngoài hiên; hai là đo những thay đổi nhỏ trong tần số của ánh sáng sao đến từ việc ngôi sao dao động qua lại dọc theo hướng tới Trái Đất bởi tác động hấp dẫn từ hành tinh. Cả hai phương pháp đều có xu hướng hoạt động tốt nhất với các hành tinh lớn quay quanh các sao chủ của chúng và cả hai phương pháp đều là gián tiếp: chúng ta không nhìn thấy hành tinh, chúng ta chỉ thấy nó ảnh hưởng đến ngôi sao như thế nào.
Phương pháp kết hợp chụp ảnh trực tiếp với astrometry có thể giúp các nhà thiên văn tìm thấy các ngoại hành tinh mà trước đây khó tìm thấy bằng các phương pháp khác vì chúng ở quá xa ngôi sao chủ, có khối lượng quá nhỏ hoặc không có quỹ đạo nằm giữa ngôi sao và Trái Đất. Một lợi ích khác của kỹ thuật này là nó cho phép các nhà thiên văn đo trực tiếp khối lượng của một hành tinh, điều khó thực hiện bởi các phương pháp khác ở khoảng cách quỹ đạo rộng.
Bowler cho biết nhóm vẫn có kế hoạch tiếp tục nghiên cứu AF Lep b.
“Đây sẽ là một mục tiêu tuyệt vời để nghiên cứu sâu hơn với Kính thiên văn Không gian James Webb và thế hệ tiếp theo của các kính thiên văn mặt đất lớn như Kính thiên văn Magellan Lớn (Giant Magellan Telescope) và Kính thiên văn Ba mươi Mét (Thirty Meter Telescope),” Bowler nói. “Chúng tôi đã lên kế hoạch cho những nỗ lực tiếp theo với nghiên cứu nhạy hơn ở bước sóng dài hơn để nghiên cứu các tính chất vật lý và hoá học khí quyển của hành tinh này.”
Gia Linh
Theo Phys.org
