Hai hành tinh lớn nhất trong Hệ Mặt Trời của chúng ta, Sao Mộc và Sao Thổ, cũng là những nơi sở hữu hệ vệ tinh lớn nhất, tức là có nhiều vệ tinh nhất. Hiện tại, số lượng vệ tinh được ghi nhận của Sao Mộc là hơn 100, và cùng với hệ vành đai của nó, Sao Thổ có hơn 280 vệ tinh đã được báo cáo. Tuy nhiên, không phải tất cả các vệ tinh này đều giống nhau. Hệ vệ tinh của Sao Mộc có bốn thành viên lớn, bao gồm Ganymede (vệ tinh lớn nhất trong Hệ Mặt Trời) trong khi hệ của Sao Thổ bị chi phối bởi một vệ tinh lớn là Titan, vệ tinh lớn thứ hai trong Hệ Mặt Trời.
Xem xét lại cách các vệ tinh lớn hình thành
Vì cả hai hành tinh đều là các hành tinh khí khổng lồ, nguyên nhân dẫn đến sự khác biệt giữa các hệ vệ tinh này từ lâu đã khiến các nhà thiên văn học bối rối. Các lý thuyết về sự hình thành vệ tinh đã đưa ra một số khả năng, nhưng các nghiên cứu gần đây về từ trường sao cho thấy cần phải xem xét lại những lý thuyết này.
Cũng đã tồn tại một cuộc tranh luận kéo dài liên quan đến bồi tụ từ tính và sự hình thành vệ tinh: cụ thể là liệu có thể hình thành một khoang bên trong trong đĩa bao quanh hành tinh của Sao Mộc hay không, nơi mà vật chất bồi tụ có quỹ đạo quanh một hành tinh và từ đó các vệ tinh có thể hình thành.
Xây dựng một mô hình vệ tinh thống nhất
Một mô hình có tính nhất quán về mặt vật lý có thể giải thích nhiều hệ, như các hệ vệ tinh của Sao Mộc và Sao Thổ, có thể áp dụng cho các hệ hành tinh và vệ tinh khác ngoài Hệ Mặt Trời. Điều này đã thúc đẩy một nhóm nghiên cứu hợp tác từ các tổ chức tại Nhật Bản và Trung Quốc, bao gồm Đại học Kyoto, phát triển một mô hình như vậy.
“Việc kiểm chứng lý thuyết hình thành hành tinh có phần khó khăn vì chúng ta chỉ có Hệ Mặt Trời làm tham chiếu, nhưng có nhiều hệ vệ tinh ở gần mà chúng ta có thể quan sát chi tiết các đặc điểm của chúng,” tác giả chính Yuri I. Fujii cho biết.
Mô phỏng bên trong của các hành tinh khí khổng lồ trẻ
Để hiểu sự tiến hóa nhiệt của Sao Mộc và Sao Thổ cũng như cách từ trường của chúng thay đổi theo thời gian, nhóm nghiên cứu đã thực hiện các mô phỏng số về cấu trúc bên trong của các hành tinh khí khổng lồ trẻ. Bài báo được công bố trên tạp chí Nature Astronomy.
Nhóm cũng xây dựng mô hình số cho các đĩa quanh hành tinh của cả hai hành tinh, và thực hiện các mô phỏng N-body để theo dõi sự hình thành vệ tinh và sự di chuyển quỹ đạo bằng cách sử dụng cụm máy tính tại Trung tâm Vật lý thiên văn tính toán, Đài quan sát Thiên văn Quốc gia Nhật Bản.
Từ trường định hình hệ vệ tinh
Kết quả cho thấy sự khác biệt giữa các hệ vệ tinh lớn quanh Sao Mộc và Sao Thổ có thể được giải thích bằng sự khác nhau trong cấu trúc đĩa của chúng, bắt nguồn từ độ mạnh của từ trường.
Cụ thể, từ trường mạnh của Sao Mộc đã tạo ra một khoang từ quyển trong đĩa quanh hành tinh của hành tinh khí khổng lồ trẻ này, điều này có khả năng đã “bắt giữ” các vệ tinh Io, Europa và Ganymede. Ngược lại, từ trường của Sao Thổ trẻ quá yếu để hình thành một khoang như vậy, do đó các vệ tinh di chuyển không thể tồn tại trong đĩa.
Hướng tới việc khám phá các vệ tinh ngoài Hệ Mặt Trời
Nghiên cứu này cung cấp nền tảng cho các quan sát trong tương lai về các vệ tinh ngoài Hệ Mặt Trời và các đĩa quanh hành tinh quanh các hành tinh khí khổng lồ. Mô hình của nhóm dự đoán rằng các hành tinh khí khổng lồ có kích thước bằng hoặc lớn hơn Sao Mộc sẽ phát triển các hệ nhiều vệ tinh nhỏ gọn, trong khi chỉ một hoặc hai vệ tinh sẽ hình thành quanh các hành tinh khí có kích thước như Sao Thổ.
Tiếp theo, nhóm nghiên cứu quan tâm đến việc mở rộng lý thuyết của họ sang các vệ tinh khác và các hệ vệ tinh ngoài Hệ Mặt Trời có tiềm năng.
Tuấn Phong
Nguồn: Đại học Tokyo
