Phát hiện điều kỳ lạ: Hành tinh khổng lồ quay quanh ngôi sao tí hon
Một nhóm các nhà thiên văn học quốc tế, trong đó có các nhà khoa học đến từ Đại học Liège cùng các nhóm nghiên cứu ở Anh, Chile, Mỹ và nhiều nước châu Âu, vừa phát hiện một hành tinh khổng lồ quay quanh một ngôi sao nhỏ bất thường.
Ngôi sao này mang tên TOI-6894, là một sao lùn đỏ chỉ có khối lượng bằng 20% Mặt Trời. Sao lùn đỏ vốn là loại sao phổ biến nhất trong thiên hà của chúng ta. Đây là ngôi sao nhỏ nhất từng được biết đến có khả năng “cưu mang” một hành tinh khổng lồ như vậy.
Từ trước đến nay, giới khoa học vẫn cho rằng những ngôi sao nhỏ như vậy không có đủ vật chất xung quanh để hình thành hay duy trì các hành tinh khổng lồ. Dẫu vậy, các nhà nghiên cứu nay đã tìm thấy bằng chứng rõ ràng cho thấy một hành tinh lớn, TOI-6894b, đang quay quanh ngôi sao này. Công trình được công bố trên tạp chí Nature Astronomy.
Tín hiệu đầu tiên từ TESS, Trái Đất xác nhận
Tín hiệu lạ từ hệ sao này được phát hiện đầu tiên bởi vệ tinh TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite) của NASA. Đây là một phần trong dự án tìm kiếm các hành tinh khổng lồ quay quanh sao nhỏ, do Tiến sĩ Edward Bryant, thuộc Phòng thí nghiệm Khoa học Vũ trụ Mullard của UCL, dẫn dắt.
Để xác nhận tín hiệu, các nhà khoa học đã triển khai chiến dịch quan sát quy mô lớn bằng nhiều kính thiên văn trên Trái Đất, trong đó có các đài quan sát thuộc dự án SPECULOOS và TRAPPIST, đều do Đại học Liège điều phối.
Tiến sĩ Khalid Barkaoui, một nhà nghiên cứu tham gia cả hai chương trình kính thiên văn này, là người dẫn dắt các quan sát tiếp theo. Ông cho biết: “Tín hiệu quá cảnh hiện rõ ràng trong dữ liệu của chúng tôi. Phân tích đã loại bỏ tất cả các khả năng khác — kịch bản duy nhất khả dĩ là ngôi sao tí hon này đang sở hữu một hành tinh cỡ Sao Thổ với chu kỳ quỹ đạo chỉ hơn ba ngày. Các quan sát bổ sung cũng xác nhận khối lượng của nó vào khoảng một nửa sao Thổ. Đây chắc chắn là một hành tinh khổng lồ”.
Cặp sao – hành tinh lập kỷ lục
TOI-6894 hiện giữ kỷ lục là ngôi sao nhỏ nhất từng được phát hiện có một hành tinh khổng lồ quá cảnh. Bán kính của nó còn nhỏ hơn 40% so với bất kỳ ngôi sao nào trước đây được biết là có hành tinh lớn như vậy.
Giáo sư Jamila Chouquar, người từng là nhà thiên văn tại Đại học Liège vào thời điểm phát hiện, nhận xét: “Trước đây chúng tôi tin rằng những ngôi sao nhỏ thế này không thể hình thành hay duy trì các hành tinh khổng lồ. Nhưng sao như TOI-6894 lại là loại phổ biến nhất trong Dải Ngân Hà — điều đó có nghĩa là có thể tồn tại nhiều hành tinh khổng lồ hơn chúng ta từng nghĩ”.
Thay đổi quan niệm về sự hình thành hành tinh
Theo các mô hình hiện tại, hành tinh khổng lồ rất hiếm quanh các sao nhỏ. Nguyên nhân là vì đĩa tiền hành tinh của chúng — kho chứa khí và bụi để hình thành hành tinh — thường không có đủ vật chất để tạo ra lõi lớn và tích tụ bầu khí quyển dày.
Tiến sĩ Mathilde Timmermans, thành viên nhóm SPECULOOS và là nhà thiên văn tại ULiege khi phát hiện này, cho biết: “Sự tồn tại của TOI-6894b thật khó lý giải theo các mô hình hiện tại. Chưa mô hình nào giải thích trọn vẹn cách nó hình thành. Điều này cho thấy hiểu biết của chúng ta vẫn chưa đầy đủ, và nhấn mạnh sự cần thiết phải tìm thêm những hành tinh tương tự. Đó chính là mục tiêu của MANGO, một tiểu dự án thuộc SPECULOOS do tôi và Tiến sĩ Georgina Dransfield tại Đại học Birmingham dẫn dắt”.
Kỷ nguyên mới trong khám phá ngoại hành tinh
Giáo sư Michaël Gillon, Giám đốc nghiên cứu Quỹ Nghiên cứu Khoa học FNRS tại ULiege, đồng thời là người đứng đầu các chương trình SPECULOOS và TRAPPIST, kết luận: “Hành tinh khổng lồ quay quanh một ngôi sao tí hon này cho thấy sự đa dạng của các hệ hành tinh trong thiên hà còn phong phú hơn tưởng tượng của chúng ta. Hầu hết mục tiêu mà SPECULOOS và TRAPPIST quan sát đều là các sao tương tự hoặc còn nhỏ hơn — nghĩa là trong những năm tới, chúng tôi có nhiều cơ hội để phát hiện thêm những ‘kẻ ngoại lệ’ trong vũ trụ”.
Giả thiết về hành tinh mồ côi
TOI-6894b có thể vốn là một “hành tinh mồ côi” (rogue planet) trôi dạt trong không gian, sau đó bị lực hấp dẫn của sao TOI-6894 bắt giữ.
Về mặt lý thuyết, điều này có thể xảy ra, nhưng có một số điểm cần xem xét:
1. Bắt giữ hấp dẫn là hiện tượng hiếm
Để một ngôi sao có thể bắt giữ một hành tinh trôi tự do, cần hội tụ nhiều điều kiện:
Tốc độ của hành tinh so với ngôi sao phải đủ thấp để lực hấp dẫn thắng được quán tính.
Thường cần có sự hiện diện của một ngôi sao thứ hai hoặc một tương tác động lực mạnh khác để phân tán năng lượng, giúp hành tinh bị “trói” trong quỹ đạo.
Nếu chỉ có một sao đơn lẻ, việc bắt giữ hành tinh mồ côi gần như bất khả thi, trừ khi hai vật thể gặp nhau với vận tốc và góc rất đặc biệt.
2. Quỹ đạo hiện tại của TOI-6894b
TOI-6894b có chu kỳ quỹ đạo chỉ hơn 3 ngày — tức là quay cực gần sao chủ. Đây là dạng hành tinh “nóng” cỡ Sao Thổ (hot Saturn).
Nếu bị bắt giữ, thường quỹ đạo ban đầu sẽ rất lệch tâm và xa, sau đó phải mất nhiều thời gian để ma sát thủy triều hoặc tương tác khí quyển sao mới “làm tròn” và kéo hành tinh vào gần.
Nhưng quanh một sao nhỏ như TOI-6894, không chắc có đủ năng lượng hay điều kiện để quá trình này diễn ra nhanh chóng.
3. Bằng chứng hiện tại ủng hộ hình thành tại chỗ
Phát hiện này chủ yếu thách thức các mô hình hình thành hành tinh truyền thống:
Các sao nhỏ thường không có đủ đĩa vật chất để tạo hành tinh khổng lồ.
Tuy nhiên, TOI-6894b tồn tại, gợi ý rằng có thể các mô hình hiện tại chưa tính hết khả năng tích tụ vật chất, hoặc đã xảy ra những kịch bản đặc biệt (ví dụ: hình thành xa hơn rồi di cư vào trong).
Kịch bản “bắt giữ hành tinh mồ côi” ít được ưu tiên hơn, vì không có dấu hiệu quỹ đạo bất thường hay độ nghiêng quỹ đạo kỳ lạ trong dữ liệu hiện tại.