Hành tinh thứ 9 trong Hệ mặt trời giúp soi rọi các ngoại hành tinh

Như trong phần trước đã viết, khả năng tồn tại siêu Trái đất có lẽ là giả thuyết được nhiều người tin vào Hành tinh thứ 9 ủng hộ nhất, nhưng các lý thuyết cạnh tranh lại đưa ra những lời giải thích thay thế.

Siêu sao Diêm Vương? Các lý thuyết cạnh tranh về Vành đai Kuiper

Một nghiên cứu được công bố vào tháng 8.2023 đề xuất sự tồn tại của một hành tinh ẩn thực sự nhỏ hơn nhiều, với khối lượng từ 1,5 đến 3 lần khối lượng của Trái Đất. Phó giáo sư khoa học hành tinh tại Đại học Kindai ở Nhật Bản và là đồng tác giả của nghiên cứu Patryk Sofia Lykawka cho biết: “Có thể đó là một Trái đất băng giá, nhiều đá hoặc một siêu sao Diêm Vương”.

Lykawka phân tích: “Do khối lượng lớn, nó sẽ có năng lượng bên trong cao để có thể duy trì các đại dương bên dưới bề mặt chẳng hạn. Quỹ đạo của nó sẽ rất xa, vượt xa sao Hải Vương và nghiêng hơn nhiều nếu so sánh với các hành tinh đã biết — thậm chí còn nghiêng hơn cả sao Diêm Vương, vốn có độ nghiêng khoảng 17 độ”. (Các nhà thiên văn học gọi quỹ đạo của một hành tinh là nghiêng khi nó không nằm trên mặt phẳng hoàng đạo).

Một số nhà nghiên cứu tin rằng hiện tại các nhà khoa học đã phát hiện ra quá ít các vật thể ngoài sao Hải Vương xa xôi này để đưa ra bất kỳ kết luận nào về quỹ đạo của chúng.

Giáo sư khoa học hành tinh tại Đại học Arizona, Renu Malhotra cho biết: “Chúng ta có khoảng một tá các vật thể này, nhưng chúng tôi chỉ quan sát được những vật thể sáng nhất và chúng chỉ một phần rất nhỏ trong số đó. Đơn giản vì chúng tôi chỉ quan sát được khi chúng ở vị trí gần với mặt trời nhất”.

Theo Malhotra, dữ liệu này bị ảnh hưởng bởi sự thiên vị quan sát, đó là lý do tại sao các nhà nghiên cứu tỏ ra hoài nghi về nó. Trong số những người hoài nghi có Scott Sheppard tại Viện Khoa học Carnegie ở Washington, một trong những đồng tác giả của nghiên cứu năm 2014 đã truyền cảm hứng cho nghiên cứu của Batygin (đọc lại kỳ trước).

Sheppard cho biết: “Cho đến nay, chúng tôi mong đợi sẽ tìm thấy nhiều hơn nữa các vật thể cực xa ngoài sao Hải Vương. Việc có hàng chục vật thể như vậy sẽ cho phép chúng tôi xác định một cách đáng tin cậy liệu chúng có thực sự tập trung trong không gian hay không. Nhưng thật không may, chúng vẫn đang ở trong phạm vi thống kê số lượng nhỏ, vì chúng hiếm hơn nhiều so với suy nghĩ ban đầu. Hiện tại, tôi tin rằng có thể có một hành tinh siêu Trái đất ở phần xa xôi trong Hệ mặt trời, nhưng chúng ta không thể cam đoan như vậy”.

Theo Malhotra, cuộc tranh cãi có thể trở nên gay gắt. Bà kể: “Các nhà khoa học có nhiều tính cách khác nhau, giống như mọi người khác. Một số người gay gắt hơn về khoa học của họ, trong khi những người khác điềm tĩnh hơn. Có vẻ như ý tưởng về một Hành tinh thứ 9 có khối lượng bằng sao Hải Vương đang được thúc đẩy mạnh mẽ hơn so với số liệu thống kê hiện có”.

Malhotra là đồng tác giả của một bài báo vào tháng 8.2017, trong đó đề xuất sự hiện diện của một hành tinh có kích thước bằng sao Hỏa trong Vành đai Kuiper, nhưng bà không loại trừ hoàn toàn giả thuyết về Hành tinh thứ 9.

Malhotra nhận định: “Giả thuyết vẫn còn bỏ ngỏ. Nó chỉ ở ranh giới của ý nghĩa thống kê. Nhưng không có gì trong vật lý mà chúng ta biết và các quan sát mà chúng ta có loại trừ khả năng tồn tại các hành tinh lớn ở khoảng cách gấp hàng chục lần khoảng cách từ sao Hải Vương đến Mặt trời (40AU)”.

Tất nhiên, việc quan sát trực tiếp hành tinh sẽ chấm dứt mọi tranh cãi, nhưng mọi nỗ lực cho đến nay đều không có kết quả. Đài quan sát Panoramic Survey Telescope and Rapid Response System (viết tắt Pan-STARRS), ở Hawaii. Đài quan sát này cho phép các nhà nghiên cứu phân tích 78% bầu trời nơi được cho là Hành tinh thứ 9 có thể tồn tại — nhưng họ không thể tìm thấy nó.

Batygin đồng tác giả một nghiên cứu vào tháng 3 từng sử dụng thời gian nghiên cứu ở Pan-STARRS. Batygin kể: "Đó thực sự là một quá trình gian nan" và dẫn ra những khó khăn khi phải làm việc với kính thiên văn chỉ trong vài ngày theo thời gian được phân bổ trong khi phải chống chọi với tình trạng hỏng thiết bị và thời tiết bất lợi.

Theo Batygin, việc phát hiện một vật thể ở xa như vậy mà không biết phải nhìn vào đâu là cực kỳ khó khăn và giống như việc tìm kiếm mục tiêu bằng súng bắn tỉa thay vì ống nhòm (trường quan sát của ống kính bắn tỉa rất nhỏ, chỉ có tác dụng khi đã xác định được mục tiêu).

Batygin than vãn: "Bầu trời thực sự là một nơi rất, rất rộng lớn khi bạn tìm kiếm thứ gì đó tối tăm đến đau đớn. Thứ này kém sáng hơn sao Hải Vương khoảng 100 triệu lần — điều đó thực sự đang tiến gần đến giới hạn của những gì có thể đạt được với các kính thiên văn lớn nhất thế giới hiện nay".

Các cuộc tìm kiếm khác, chẳng hạn như cuộc tìm kiếm được thực hiện cho một nghiên cứu vào tháng 12.2021 sử dụng Kính viễn vọng vũ trụ Atacama ở Chile, cũng không thành công. Tác giả chính của nghiên cứu Sigurd Naess đến từ Viện Vật lý thiên văn lý thuyết của Đại học Oslo ở Na Uy, cho biết: "Tôi đã phải thử nghiệm hàng chục nghìn quỹ đạo khác nhau. Cuối cùng, tôi không phát hiện ra bất cứ thứ gì”.

Naess nói thêm rằng độ nhạy của thiết bị này đủ tốt để có thể phát hiện ra một hành tinh ở khu vực cách Trái đất và Mặt trời từ 300 đến 600 lần. Dù vậy, theo Naess, việc chưa phát hiện đáp án cũng chưa đủ để bác bỏ toàn bộ giả thuyết tồn tại Hành tinh thứ 9.

Một ‘chương mới’ đầy tiềm năng

Giữa những tranh cãi và ý kiến ​​trái chiều, tất cả các nhà nghiên cứu đều hướng mắt tới một nơi để chờ đợi. Một kính thiên văn góc rộng mới hiện đang được xây dựng có thể sớm chấm dứt cuộc tranh luận. Dự kiến, Quỹ Khoa học Quốc gia Mỹ và các nhà nghiên cứu của Đại học Stanford bắt đầu đưa nó đi vào hoạt động khoa học cuối năm 2025. Được gọi là Đài quan sát Vera C. Rubin, nó có máy ảnh kỹ thuật số lớn nhất từng được chế tạo và nằm trên đỉnh một ngọn núi cao 2.700 mét ở phía bắc Chile.

Batygin cho biết: “Đây là kính thiên văn thế hệ tiếp theo sẽ tìm kiếm toàn bộ bầu trời khả dụng sau vài ngày mỗi lần. Nó có thể tìm thấy Hành tinh thứ 9 trực tiếp, đây sẽ là một kết luận tuyệt vời cho cuộc tìm kiếm và mở ra một chương mới. Ít nhất, nó sẽ tìm thấy nhiều vật thể vành đai Kuiper hơn. Nhưng ngay cả khi nó không phát hiện ra một vật thể mới nào, thì nó cũng đủ để xác nhận giả thuyết về Hành tinh thứ 9, vì nó sẽ kiểm tra tất cả các số liệu thống kê, tất cả các mô hình mà chúng ta có với một cuộc khảo sát độc lập”.

Rice đồng ý rằng kính viễn vọng mới sẽ phải đi một chặng đường dài để giải quyết cuộc tranh luận và giải quyết rõ ràng câu hỏi về ý nghĩa thống kê trong liên kết chuyển động của các vật thể ngoài sao Hải Vương. Đây vốn là bằng chứng quan trọng cho Hành tinh thứ 9.

Nếu kính viễn vọng Rubin tìm thấy một siêu Trái đất, Rice cho biết, điều đó sẽ rất thú vị vì những thiên thể có kích thước giữa Trái đất và sao Hải Vương, rất phổ biến với các ngoại hành tinh.

Rice cho biết: “Chúng ta không có một hành tinh nào kiểu này trong Hệ mặt trời. Điều đó có vẻ thực sự kỳ lạ và là một bí ẩn nổi bật vì chúng ta tìm thấy rất nhiều thứ như thế trong hệ thống hành tinh xung quanh các ngôi sao khác. Sẽ thật tuyệt vời khi thực sự nghiên cứu một hành tinh như thế ở cự ly gần, vì các ngoại hành tinh ở rất xa nên rất khó để nắm bắt chính xác hình dạng vật lý của chúng”.

Rice nói thêm rằng việc tìm ra một hành tinh nhỏ hơn cũng sẽ khơi dậy sự phấn khích, bởi vì mọi hành tinh trong hệ mặt trời đều vô cùng hữu ích để suy rộng thông tin về hàng nghìn ngoại hành tinh tương đương mà các nhà nghiên cứu đang khám phá trên khắp thiên hà.