Phát hiện mảnh vỡ hành tinh 10 tỉ năm tuổi có đặc tính giống Trái đất

Phát hiện được công bố hôm 5.11 trong thông báo hàng tháng của Hiệp hội Thiên văn Hoàng gia, kết luận rằng một ngôi sao lùn trắng mờ nhạt nằm cách Trái đất 90 năm ánh sáng, cũng như phần còn lại của hệ hành tinh quay quanh nó, đã hơn 10 tỉ năm tuổi. Đây là một trong những hệ hành tinh đá và băng giá lâu đời nhất được phát hiện trong Dải Ngân hà.

Phần lớn các ngôi sao, bao gồm cả những ngôi sao giống như Mặt trời, sẽ kết thúc dưới dạng sao lùn trắng. Sao lùn trắng là ngôi sao đã đốt cháy hết nhiên liệu, đang trải qua quá trình co lại và nguội đi. Trong quá trình này, bất kỳ hành tinh quay quanh quỹ đạo nào cũng sẽ bị gián đoạn và trong một số trường hợp bị phá hủy, với các mảnh vỡ tích tụ lại trên bề mặt của sao lùn trắng.

Trong nghiên cứu mới, nhóm các nhà thiên văn học đã lập mô hình hai sao lùn trắng bất thường được phát hiện bởi Đài quan sát không gian GAIA của Cơ quan Vũ trụ châu Âu. Cả hai ngôi sao đều bị ô nhiễm bởi các mảnh vụn hành tinh. Một trong số chúng được phát hiện có màu xanh lam bất thường, trong khi ngôi sao còn lại mờ và đỏ.

Sử dụng dữ liệu quang phổ và trắc quang từ GAIA để tìm ra thời gian các ngôi sao nguội đi, các nhà thiên văn học phát hiện ra ngôi sao “đỏ” WDJ2147-4035 khoảng 10,7 tỉ năm tuổi, trong đó 10,2 tỉ năm trải qua quá trình nguội lạnh như một ngôi sao lùn trắng. Bằng cách phân tích quang phổ từ WDJ2147-4035, nhóm nghiên cứu đã tìm thấy các kim loại natri, liti, kali và carbon tích tụ trên ngôi sao - biến đây trở thành sao lùn trắng bị ô nhiễm kim loại lâu đời nhất được phát hiện cho đến nay.

Ngôi sao “xanh” thứ hai WDJ1922 + 0233 chỉ trẻ hơn WDJ2147-4035 một chút và bị ô nhiễm bởi các mảnh vụn hành tinh có thành phần tương tự như lớp vỏ lục địa của Trái đất. Nhóm khoa học kết luận rằng màu xanh lam của WDJ1922 + 0233 là do bầu khí quyển hỗn hợp helium-hydro bất thường của nó.

Các mảnh vụn được tìm thấy trong bầu khí quyển gần như tinh khiết của sao WDJ2147-4035 là từ một hệ hành tinh cũ tồn tại sau quá trình tiến hóa của ngôi sao này thành sao lùn trắng. Các nhà thiên văn kết luận rằng đây là ngôi sao lâu đời nhất hệ hành tinh xung quanh một ngôi sao lùn trắng được phát hiện trong Dải Ngân hà.

Tác giả chính Abbigail Elms thuộc Khoa Vật lý Đại học Warwick, cho biết: “Những ngôi sao bị ô nhiễm kim loại này cho thấy Trái đất không phải là duy nhất, có những hệ hành tinh khác ngoài đó với các thiên thể hành tinh tương tự như Trái đất. 97% tất cả các ngôi sao sẽ trở thành sao lùn trắng và chúng có mặt ở khắp nơi trong vũ trụ nên rất quan trọng để tìm hiểu. Chúng cung cấp thông tin về sự hình thành và tiến hóa của các hệ hành tinh xung quanh những ngôi sao lâu đời nhất trong Dải Ngân hà”.

Các nhà thiên văn cũng có thể sử dụng quang phổ của ngôi sao để xác định xem các kim loại đó chìm vào lõi của ngôi sao nhanh như thế nào. Điều này cho phép họ quay ngược thời gian để xác định mức độ phong phú của từng kim loại đó trong thiên thể hành tinh ban đầu.

“Bằng cách so sánh sự phong phú đó với các thiên thể và vật chất được tìm thấy trong hệ Mặt trời, chúng ta có thể đoán được những hành tinh đó sẽ như thế nào trước khi ngôi sao chết và trở thành sao lùn trắng. Thật ngạc nhiên khi nghĩ rằng điều này đã xảy ra trên quy mô 10 tỉ năm và những hành tinh đó đã chết trước khi Trái đất được hình thành”, Abbigail Elms cho biết.

Theo Abbigail, ngôi sao đỏ WDJ2147-4035 là một bí ẩn vì các mảnh vụn hành tinh được bồi tụ rất giàu liti và kali - không giống bất cứ thứ gì được biết đến trong hệ Mặt trời. Đây là một ngôi sao lùn trắng rất thú vị vì nhiệt độ bề mặt của nó cực kỳ mát mẻ. Ngoài ra, danh sách các loại kim loại gây ô nhiễm, số tuổi và thực tế là WDJ2147-4035 có từ tính, đã khiến nó trở nên cực kỳ hiếm gặp.

Giáo sư Pier-Emmanuel Tremblay thuộc Khoa Vật lý tại Đại học Warwick cho biết: “Khi những ngôi sao này hình thành cách đây hơn 10 tỉ năm, vũ trụ ít giàu kim loại hơn bây giờ vì kim loại được hình thành trong các ngôi sao tiến hóa và các vụ nổ sao khổng lồ. Hai sao lùn trắng được quan sát cung cấp một cơ hội thú vị cho quá trình hình thành hành tinh trong một môi trường nghèo kim loại và giàu khí khác với các điều kiện khi hệ Mặt trời được hình thành”.