Những hành tinh lang thang với kích thước của Mặt Trăng hoặc Sao Hoả có thể có rất nhiều trong không gian liên sao (không gian trống giữa các sao). Tuy nhiên, các nhà nghiên cứu cho biết những hành tinh cỡ Tráu Đất có lẽ là hiếm hơn.
Nghiên cứu trước đây đã tìm ra rằng khi các hệ hành tinh hình thành, một số hành tinh không được giữ lại với sao mẹ của chúng, thay vì thế chúng trôi ra không gian phía ngoài. Các nhà thiên văn học đã khám phá được nhiều thế giới trôi dạt như thế (đôi khi được gọi là những hành tinh lang thang (rogue planet)). Một ví dụ cho loại hành tinh này là 2MASS J1119-1137, nó có khối lượng khoảng từ 4 đến 8 lần Sao Mộc và cách chúng ta khoảng 95 năm ánh sáng.
Những hành tinh không có sao mẹ này không phải là hiếm. Thomas Barclay, nhà vật lý thiên văn tại Trung tâm nghiên cứu Ames của NASA đặt tại California nói: "Một kết quả đáng chú ý đã có được vài năm trước là có khoảng một đến hai hành tinh cỡ Sao Mộc di chuyển tự do trong không gian tương ứng với mỗi sao."
Cho đến nay, những hành tinh có kích thước tương đương với các hành tinh khí khổng lồ như Sao Mộc và Sao Thổ này là những đối tượng đủ lớn để các đài quan sát có thể phát hiện được trong không gian liên sao, trong khi những hành tinh có kích thước như Trái Đất và Sao Hoả thì quá nhỏ để có thể quan sát ở khoảng cách đó. Dù vậy, Barclay cho biết rằng Kính thiên văn khảo sát hồng ngoại trường rộng (WFIRST) của NASA, một đài quan sát không gian được dự kiến sẽ đưa lên quỹ đạo trong những năm 2020 sẽ có thể tìm ra những vật thể cỡ Trái Đất và thậm chí Sao Hoả.
Để xác định xem có bao nhiêu hành tinh đá lang thang, các nhà nghiên cứu đã phát triển các mô hình máy tính giả lập một ngôi sao với khối lượng Mặt Trời bao quanh bởi 26 hành tinh có khối lượng 1/10 Trái Đất và 260 thiên thể khác có khối lượng 1% Trái Đất. (Sao Hoả có khối lượng khoảng 10,7% Trái Đất còn Mặt Trăng là khoảng 1,2%).
Các nhà khoa học đã cho chạy 150 mô phỏng trong đó hệ hành tinh có hai hành tinh khí khổng lồ với khối lượng của Sao Mộc và Sao Thổ, sau đó chạy 150 mô phỏng khác mà không có hành tinh khí khổng lồ như vậy. Những mô phỏng này được chạy trong khoảng thời gian tương ứng với quá trình 2 tỷ năm, đủ để cho phép các thiên thể này kéo nhau lại dưới tác dụng của hấp dẫn, va chạm và hợp nhất hoặc bị phá vỡ.
Trong những hệ mô phỏng không có các hành tinh khổng lồ, rất ít thiên thể bị đẩy ra. Hầu hết những thiên thể bị đẩy ra chỉ lớn nhất là bằng vài lần Mặt Trăng.
Ngược lại, khi hệ hành tinh có sự tham gia của các hành tinh khổng lồ, sức mạnh của lực hấp dẫn từ chúng khiến cho hệ đủ sức để đẩy những thiên thể có khối lượng lớn tới ba lần Sao Hoả ra ngoài để trở thành các hành tinh lang thang. Tổng cộng, những hệ kiểu này đẩy ra ngoài khối lượng khoảng năm lần khối lượng Trái Đất, một nửa trong số đó là các hành tinh cỡ Sao Hoả hoặc lớn hơn, nửa còn lại là các thiên thể có khối lượng cỡ Mặt Trăng.
Theo Barclay, trong những hệ mô phỏng có các hành tinh khổng lồ, có hai giai đoạn của sự đẩy này. Giai đoạn thứ nhất xảy ra trong khoảng vài triệu đến vài chục triện năm đầu tiên của mô phỏng, và ném ra ngoài vật chất tương đối nguyên sơ, những thiên thể hình thành ngay trong giai đoạn đầu của hệ. Giai đoạn thứ hai xảy ra khoảng 100 triệu năm, khi đã có những vụ va chạm giữa các thiên thể, và bao gồm cả những thiên thể được tạo thành trong va chạm.
"Chúng tôi trông đợi tìm thấy 7 hay 8 hành tinh lang thang với khối lượng Sao Hoả cho mỗi sao trong thiên hà," Barclay nói. "Nếu các hành tinh khổng lồ là phổ biến thì chúng tôi sẽ tìm thấy nhiều đối tượng như vậy, còn nếu chúng hiếm hoi thì chúng tôi sẽ chỉ tìm thấy ít. Nghiên cứu lý thuyết của chúng tôi mang lại những dự đoán lớn có thể được kiểm chứng bằng những quan sát trong tương lai hiện đã được lên kế hoạch."
"Tuy nhiên, có rất ít hành tinh lang thang với khối lượng cỡ Trái Đất," Barclay bổ sung. Lý do chính của việc này là hầu hết các thiên thể bị đẩy ra ngoài đều trong giai đoạn chưa đủ để hình thành hành tinh lớn như Trái Đất.
Barclay nhấn mạnh rằng các nhà khoa học cho đến nay vẫn chưa có một mô hình hoàn hảo về sự tạo thành của Hệ Mặt Trời, và càng tệ hơn đối với những hệ hành tinh khác. Việc tìm hiểu về các hành tinh lang thang có thể giúp chúng ta biết nhiều hơn về các mà các hệ hành tinh hình thành.
L.C
Theo Astronomy
