Hệ Mặt Trời của chúng ta có một sự sắp xếp có trật tự một cách đáng kinh ngạc: Tám hành tinh quay quanh Mặt Trời giống như các vận động viên chạy trên đường đua theo vòng tròn trong những đường chạy của họ và luôn ở trong cùng một mặt phẳng. Ngược lại, hầu hết các hành tinh ngoài Hệ Mặt Trời được phát hiện trong những năm gần đây – đặc biệt là các hành tinh khổng lồ với cái tên “Sao Mộc nóng” – có các quỹ đạo đặc biệt hơn nhiều.
Hiện nay, các nghiên cứu tại MIT, Đại học California Santa Cruz và các học viện khác đã phát hiện ra hệ hành tinh đầu tiên, cách chúng ta 10000 năm ánh sáng, với các quỹ đạo được sắp xếp trật tự giống như Hệ Mặt Trời của chúng ta. Tại trung tâm của hệ thống xa xôi này là Kepler-30, một ngôi sao sáng và khổng lồ giống Mặt Trời. Sau khi phân tích các dữ liệu từ Kính thiên văn không gian Kepler của NASA, các nhà khoa học tại MIT đã phát hiện ra ngôi sao này – giống như Mặt Trời – quay quanh một trục thẳng đứng và ba hành tinh của nó có các quỹ đạo đồng phẳng.
“Trong Hệ Mặt Trời của chúng ta, các quỹ đạo của các hành tinh song song với sự quay của Mặt Trời, điều này cho thấy có thể chúng đã được hình thành từ một đĩa quay,” theo phát biểu của Roberto Sanchis-Ojeda, sinh viên vật lý tốt nghiệp tại MIT, người dẫn đầu nhóm nghiên cứu. “Trong hệ thống này, chúng ta quan sát được hiện tượng tương tự.”
Các phát hiện này, được công bố ngày 25/7 trong tạp chí Nature, có thể giúp giải thích nguồn gốc của một số hệ sao xa xôi trong khi mang lại hiểu biết mới về hệ hành tinh của chúng ta.
“Phát hiện mới này chứng minh rằng Hệ Mặt Trời của chúng ta không phải một sự may mắn nào đó,” theo phát biểu của Josh Winn, giáo sư vậy lý tại MIT và đồng tác giả của công trình. “Việc sự quay của Mặt Trời thẳng hàng với quỹ đạo các hành tinh khác, đó có thể không phải một sự trùng hợp.”
Đính chính lại về sự nghiêng quỹ đạo
Winn nói rằng phát hiện của nhóm có thể kiểm chứng một giả thuyết gần đây về cách các "Sao Mộc nóng" được hình thành. Các thiên thể khổng lồ này có cái tên của chúng vì chúng ở cực gần các ngôi sao trắng nóng, hoàn thành một vòng quỹ đạo chỉ trong vài giờ hay vài ngày. Các quỹ đạo của các Sao Mộc nóng thường không có thứ tự, và các nhà khoa học nghĩ rằng sự mất trật tự đó có thể là một gợi ý về sự hình thành của chúng. Các quỹ đạo của chúng có thể đã bị lệch từ một giai đoạn rất sớm và rất dễ thay đổi trong quá trình hình thành một hệ hành tinh, trong khi một vài hành tinh lớn đã tới đủ gần để đẩy vài hành tinh khác ra khỏi hệ sao trong khi mang một vài hành tinh khác lại gần ngôi sao của chúng hơn.
Gần đây, các nhà khoa học đã xác định được một số hệ Sao Mộc nóng, tất cả đều có quỹ đạo lệch. Nhưng để thực sự chứng minh thuyết “gieo hành tinh” này, Winn nói các nhà nghiên cứu đã phải xác định một hệ "Sao Mộc không nóng", một hệ có các hành tinh quay ở khoảng cách xa hơn từ ngôi sao trung tâm. Nếu hệ này được sắp xếp giống Hệ Mặt Trời của chúng ta với không có sự nghiêng quỹ đạo nào, điều này sẽ mang lại bằng chứng là chỉ các hệ Sao Mộc nóng không thẳng hàng được tạo thành như một hệ quả của việc gieo hành tinh.
Tìm thấy các vệt Mặt Trời ở một mặt trời xa xôi
Để trả lời câu hỏi hóc búa này, Sanchis-Ojeda đã nghiên cứu toàn bộ dữ liệu từ kính thiên văn không gian Kepler, một kính quan sát 150000 ngôi sao để tìm ra các hành tinh xa xôi. Ông tập trung vào Kepler-30, một hệ Sao Mộc không nóng với ba hành tinh, cả ba đều với quỹ đạo lớn hơn nhiều của một Sao Mộc nóng thông thường. Để đo sự thẳng hàng của ngôi sao, Sanchis-Ojeda đã nghiên cứu các vệt mặt trời của nó, các mảng tối trên bề mặt của các ngôi sao sáng như Mặt Trời.
“Những mảng nhỏ màu đen này đi quanh ngôi sao khi nó quay,” Winn phát biểu. “Nếu chúng ta có thể chụp lại hình điều đó sẽ thật tuyệt, vì chúng ta sẽ có thể thấy chính xác cách ngôi sao quay bằng cách đi theo các mảng này.” Nhưng các ngôi sao như Kepler-30 là cực kì xa xôi, vì vậy chụp lại một bức hình của nó gần như là bất khả thi. Cách duy nhất để theo dõi những ngôi sao như vậy là đo từng lượng ánh sáng nhỏ chúng truyền đi. Vậy nên nhóm nghiên cứu đa tìm cách để dõi theo các vệt mặt trời sử dụng ánh sáng của những ngôi sao này. Mỗi lần một hành tinh đi ngang qua – hay đi trước mặt – một ngôi sao như vậy, nó sẽ chắn một ít ánh sáng, và các nhà thiên văn học có thể phát hiện điều này qua một sự suy giảm trong cường độ ánh sáng. Nếu một hành tinh đi ngang qua một vệt mặt trời tối, lượng ánh sáng bị chắn sẽ giảm, tạo nên một sự thay đổi rõ rệt trong dữ liệu. “Nếu bạn có một tín hiệu của một vệt mặt trời, lần tiếp theo hành tinh quay, vệt này sẽ có thể di chuyển tới nơi khác, và bạn sẽ nhận được tín hiệu ở đó,” Winn nói. “Vậy nên việc đo khoảng thời gian giữa các tín hiệu này là cách chúng tôi xác định sự thẳng hàng của ngôi sao.”
Từ các tín hiệu của dữ liệu, Sanchis-Ojeda kết luận rằng Kepler-30 quay quanh một trục vuông góc với mặt phẳng quỹ đạo của hành tinh lớn nhất của nó. Các nhà khoa học sau đó đã xác định được sự thằng hàng của quỹ đạo các hành tinh bằng cách giải bài toán về hiệu ứng trọng lực của các hành tinh lên lẫn nhau. Bằng sự khác nhau giữa các khoảng thời gian các hành tinh đi ngang qua ngôi sao, nhóm đã dựng lên cấu trúc quỹ đạo của chúng, và chứng minh được cả ba hành tinh thẳng hàng trên cùng một mặt phẳng. Cấu trúc hành tinh tổng thể, theo nghiên cứu của Sanchis-Ojeda, khá giống với Hệ Mặt Trời.
James Lloyd, trợ lí giáo sư thiên văn học tại Đại học Cornell, người không thuộc nhóm nghiên cứu, nói rằng các khám phá mới về quỹ đạo hành tinh có thể giải thích cách sự sống hình thành trong vũ trụ - vì để có một khí hậu ổn định thích hợp cho sự sống, một hành tinh phải có một quỹ đạo thích hợp. “Để hiểu sự sống có thường gặp trong vũ trụ hay không, chúng ta cần phải hiểu các hệ sao ổn định có thường gặp hay không,” Lloyd phát biểu. “Chúng ta có thể dựa vào các hệ hành tinh ngoài Mặt Trời để giải câu hỏi của Hệ Mặt Trời, và ngược lại.”
Các kết quả từ nghiên cứu đầu tiên về sự thằng hàng của một hệ Sao Mộc không nóng này gợi ý rằng các hệ Sao Mộc nóng có thể đã hình thành từ sự gieo hành tinh. Để chắc chắn hơn nữa, Winn nói ông và các đồng nghiệp sẽ đo đạc quỹ đạo của các Hệ Mặt Trời xa xôi khác.
“Chúng tôi đã chờ một hệ như thế này từ lâu, một hệ không giống hệt Hệ Mặt Trời, nhưng ít ra việc các hành tinh và ngôi sao thẳng hàng với nhau cũng là một hiện tượng bình thường hơn,” Winn nói. “Đây là trường hợp đầu tiên chúng tôi có thể khẳng định hiện tượng ấy, ngoài Hệ Mặt Trời.”
Quỳnh Chi (VACA)
Theo Science Daily
