Các nhà thiên văn học sử dụng hệ thống kính thiên văn đo bước sóng milimet/hạ-milimet Atacama (ALMA) đã tạo ra hình ảnh có độ phân giải cao nhất cho đến nay, hé lộ những hiểu biết mới về cấu trúc bất thường và bí ẩn của đĩa mảnh vụn bao quanh Fomalhaut - một trong những ngôi sao sáng nhất và được nghiên cứu chi tiết nhất nhất trong khu vực vũ trụ lân cận của chúng ta.
Các đĩa mảnh vụn là những vành rộng chứa bụi và các thiên thể đá, tương tự như vành đai tiểu hành tinh trong Hệ Mặt Trời - nhưng có quy mô lớn hơn nhiều. Tính bất đối xứng tâm của đĩa quanh Fomalhaut đã thu hút sự chú ý của các nhà thiên văn học suốt gần hai thập kỷ qua.
Một nhóm nghiên cứu quốc tế, dẫn đầu bởi các nhà thiên văn học tại Trung tâm Vật lý thiên văn Harvard & Smithsonian và Đại học Johns Hopkins, đã công bố hai bài báo phân tích các quan sát mới này trên The Astrophysical Journal và The Astrophysical Journal Letters. Họ đã phát hiện rằng đĩa mảnh vụn của Fomalhaut không chỉ lệch tâm, mà độ lệch tâm này còn thay đổi theo khoảng cách đến ngôi sao.
Không giống như các mô hình trước đây giả định độ lệch tâm là đồng nhất hoặc “cố định”, mô hình mới dựa trên dữ liệu thực nghiệm của họ cho thấy hình dạng của đĩa trở nên ít bị kéo giãn hơn (ít lệch tâm hơn) khi càng ra xa Fomalhaut. Cấu trúc này được gọi là độ dốc lệch tâm âm. Có thể hình dung điều này giống như sự lệch tâm giữa ngôi sao và tâm của vành đai - tương tự như các vành đai của Sao Thổ nếu như Sao Thổ không nằm chính giữa.
“Quan sát của chúng tôi lần đầu tiên cho thấy độ lệch tâm của đĩa không phải là hằng số,” theo lời tác giả chính của một trong hai bài báo, Joshua Bennett Lovell, nhà nghiên cứu tại Trung tâm Vật lý thiên văn Harvard-Smithsonian. “Nó giảm dần đều theo khoảng cách, một phát hiện chưa từng được chứng minh một cách thuyết phục trong bất kỳ đĩa mảnh vụn nào.”
Sử dụng hình ảnh có độ phân giải cao của ALMA ở bước sóng 1,3 mm, nhóm nghiên cứu đã xây dựng một mô hình mới phù hợp với dữ liệu quan sát. Mô hình này tính đến bán kính, bề rộng và các đặc điểm bất đối xứng của đĩa, với một mô hình vành đai lệch tâm có thể thay đổi độ lệch tâm theo khoảng cách đến ngôi sao. Mô hình phù hợp nhất cho thấy độ lệch tâm giảm mạnh theo khoảng cách, đúng như dự đoán từ các lý thuyết động lực học về cách các hành tinh có thể định hình đĩa mảnh vụn - nhưng điều này vẫn chưa từng được quan sát ở nơi nào khác trong vũ trụ.
Độ dốc âm này cung cấp manh mối về những hành tinh ẩn mà hiện nay các nhà thiên văn chưa thể quan sát được, đang quay quanh Fomalhaut. Mô hình mới gợi ý rằng một hành tinh khổng lồ quay bên trong đĩa của Fomalhaut có thể đã gây ra cấu trúc lệch tâm của đĩa từ thời kỳ đầu trong lịch sử của hệ hành tinh này. Hình dạng bất thường của đĩa mảnh vụn có thể đã hình thành từ thời còn là đĩa tiền hành tinh và đã duy trì trạng thái này hơn 400 triệu năm, nhờ vào tác động kéo và đẩy liên tục của hành tinh này.
Trong bài báo thứ hai do Jay Chittidi tại Đại học Johns Hopkins đứng đầu, nhóm nghiên cứu đã xem xét kỹ khả năng mà độ lệch tâm của vành đai là cố định theo khoảng cách tới ngôi sao. “Mặc dù sự thay đổi độ sáng giữa phía cận điểm (gần ngôi sao hơn) và phía viễn điểm (xa ngôi sao hơn) của đĩa, được ghi nhận từ dữ liệu của JWST và ALMA, là điều đã được dự đoán trước, nhưng những sự thay đổi chính xác về độ sáng của đĩa và độ rộng của vành đai mà chúng tôi đo được thì lại không thể giải thích được bằng các mô hình cũ,” Chittidi nói.
“Nói một cách đơn giản: chúng tôi không thể tìm ra một mô hình với độ lệch tâm cố định nào có thể giải thích các đặc điểm kỳ lạ này trong đĩa mảnh vụn của Fomalhaut. So sánh giữa mô hình cũ và mô hình mới, giờ đây chúng tôi có thể giải thích rõ hơn về đĩa này, và tái dựng lịch sử cũng như trạng thái hiện tại của hệ động lực này.”
Các nhà nghiên cứu hy vọng mô hình mới sẽ tiếp tục được kiểm nghiệm qua những quan sát sắp tới ALMA. “Và hy vọng chúng ta sẽ tìm thấy những manh mối mới giúp phát hiện hành tinh đó,” Lovell bổ sung.
Lyr
Theo Phys.org
