Khi nhìn lên bầu trời đêm, bạn có thể thấy vô số những ngôi sao sáng nhấp nháy. Nhưng bên cạnh đó bạn cũng nên biết rằng bạn đang nhìn về phía các hành tinh trong thiên hà, ít nhất là hàng tỷ.
Đó là kết luận của một nghiên cứu mới của các nhà thiên văn học tại Viện Công nghệ California (Caltech), đem lại thêm bằng chứng rằng các hệ hành tinh chính là những tế bào của vũ trụ. Nhóm nghiên cứu đã đưa ra con số dự đoán của mình trong khi nghiên cứu các hành tinh quay quanh một ngôi sao tên là Kepler-32 – các hành tinh có thể đại diện cho đa số các hành tinh còn lại trong thiên hà và có thể trở thành một ví dụ hoàn hảo để hiểu về cách hầu hết các hành tinh đã hình thành.
“Có ít nhất là 100 tỉ hành tinh trong thiên hà – và đó mới chỉ là trong Milky Way, thiên hà của chúng ta”, theo lời của John Johnson, trợ lý giáo sư Thiên văn học hành tinh tại Caltech, cũng là đồng tác giả của nghiên cứu. Nghiên cứu này đã được công bố trong tờ Astrophysical Journal mới đây. “Con số ấy thật là đáng kinh ngạc.”
“Nếu bạn nghĩ về con số ấy, nó thật là ngoạn mục,” theo lời của Jonathan Swift, bậc sau tiến sĩ tại Caltech và tác giả chính của nghiên cứu. “Về cơ bản, cứ một ngôi sao thì sẽ có một trong số những hành tinh này.”
Hệ hành tinh đang xem xét đã được tìm ra bởi kính thiên văn không gian Kepler và chứa năm hành tinh. Sự tồn tại của hai trong số này đã được dự đoán từ lâu bởi các nhà thiên văn học khác. Nhóm Caltech đã xác nhận sự tồn tại của ba hành tinh còn lại, và nghiên cứu hệ năm hành tinh này cũng như so sánh nó với các hệ khác được tìm thấy bởi Kepler.
Các hành tinh quay quanh một ngôi sao lùn loại M – loại sao chiếm khoảng 3/4 toàn bộ ngôi sao trong Milky Way. Năm hành tinh này có kích thước tương tự Trái Đất và quay rất gần ngôi sao của chúng, rất đặc trưng cho các hành tinh mà Kepler đã tìm thấy quay quanh các sao lùn M khác, theo lời của Swift. Vậy nên hầu hết các hành tinh trong thiên hà sẽ có đặc điểm giống với năm hành tinh này.
Dù hệ hành tinh này không hề đặc biệt, điều khiến nó khác biệt so với các hành tinh khác là sự định hướng tình cờ của nó: các quỹ đạo của các hành tinh nằm trong mặt phẳng mà Kepler có thể nhìn thấy từ viền vào. Dựa vào sự định hướng hiếm có này, mỗi hành tinh che ánh sáng từ Kepler-32 khi nó đi từ ngôi sao để tới kính thiên văn Kepler.
Bằng việc nghiên cứu những thay đổi trong độ sáng của ánh sáng này, các nhà thiên văn học có thể xác định đặc điểm của các hành tinh, ví dụ như kích thước và chu kì quỹ đạo của chúng. Sự định hướng này cũng cho chúng ta một cơ hội hiếm có để nghiên cứu kĩ hệ hành tinh này – và vì các hành tinh này giống với đa số các hành tinh khác được cho là chiếm ưu thế trong thiên hà, nhóm nghiên cứu cho rằng hệ này có thể giúp các nhà thiên văn học hiểu rõ hơn về cách các hành tinh hình thành nói chúng.
“Tôi không muốn quá nhanh gọi một thứ là chìa khóa giải mã, nhưng đây là điều gần với một chìa khóa giải mã nhất tôi từng thấy,” Johnson nói. “Nó giống như giải mã một ngôn ngữ chúng ta đang cố hiểu – ngôn ngữ của sự hình thành những hành tinh.”
Một trong những câu hỏi cơ bản về nguồn gốc của các hành tinh là có bao nhiêu hành tinh trong vũ trụ. Giống như nhóm Caltech, các nhóm thiên văn khác cũng đã dự đoán có xấp xỉ khoảng 1 hành tinh trên 1 ngôi sao, nhưng đây là lần đầu tiên các nhà khoa học đã có thể đưa ra dự đoán này bằng việc nghiên cứu hệ sao lùn M, chứa số lượng hành tinh lớn nhất từng biết.
Để làm được tính toán này, nhóm Caltech đã xác định xác suất hệ sao lùn M sẽ cho một sự định hướng từ viền sang giống như Kepler-32. Kết hợp con số này với xác suất số lượng hệ hành tinh Kepler có thể tìm ra, các nhà thiên văn học tính toán rằng trung bình có một hành tinh cho mỗi ngôi sao trong khoảng 100 tỉ ngôi sao trong Dải Ngân Hà. Nhưng những tính toán của họ chỉ tính tới những hành tinh ở quỹ đạo gần những ngôi sao lùn M – không phải những hành tinh ở quỹ đạo xa của hệ sao lùn M, hay những hành tinh quay quanh những ngôi sao kiểu khác. Vậy nên họ phải thừa nhận rằng con số dự đoán này vẫn chưa hề chắc chắn. Thực ra, theo lời Swift, một dự đoán chính xác hơn sẽ phải tính cả dữ liệu từ các nghiên cứu khác mà có thể dẫn tới một giá trị trung bình của hai hành tinh trên một ngôi sao.
Các hành tinh sao lùn M như Kepler-32 khá khác với Hệ Mặt Trời của chúng ta. Sao lùn M lạnh hơn và nhỏ hơn rất nhiều so với Mặt Trời. Ví dụ, Kepler-32 có trọng lượng và bán kính chỉ bằng một nửa của Mặt Trời. Bán kính của năm hành tinh của nó chỉ bằng từ 0,8 đến 2,7 lần bán kính Trái Đất, và những hành tinh này quay cực gần ngôi sao của chúng. Cả hệ này chỉ rộng chưa bằng một phần mười một đợn vị thiên văn (khoảng cách trung bình giữa Trái Đất và Mặt Trời) – một khoảng cách chỉ bằng một nửa bán kính quỹ đạo của Sao Thủy. Việc các hệ sao lùn M chiếm ưu thế so với các hệ khác còn nói lên một điều nữa rất quan trọng, theo lời của Johnson, đó là Hệ Mặt Trời của chúng ta cực kì hiếm. “Nó thật là kì quặc,” ông nói.
Việc các hành tinh trong hệ sao lùn M nằm cực gần ngôi sao của chúng không nhất thiết nghĩa rằng chúng là những thế giới địa ngục với nhiệt độ cực cao và không phù hợp cho sự sống. Thực ra vì các sao lùn M khá nhỏ và lạnh, vùng nhiệt độ của chúng – cũng được biết đến như vùng sống được, vùng nhiệt độ nước ở dạng lỏng có thể tồn tại – lại nhỏ hơn rất nhiều. Dù phần ngoài cùng của năm hành tinh quay quanh Kepler-32 nằm trong vùng nhiệt độ của nó, nhiều hệ sao lùn M khác có thêm nhiều hành tinh nữa nằm chính tại vùng nhiệt độ của chúng.
Không ai biết cách hệ Kepler-32 hình thành. Nhưng nhóm nghiên cứu nói rằng những nghiên cứu của họ giới hạn lại chỉ còn một vài cách thức nhất định. Ví dụ, kết quả dự đoán rằng các hành tinh đều được hình thành ở xa ngôi sao hơn vị trí hiện tại của chúng, và sau khi hình thành đã dần dần tiến về gần ngôi sao.
Giống như tất cả các hành tinh khác, các hành tinh quanh Kepler-32 tạo thành một đĩa tiền hành tinh – một đĩa gồm bụi và khí sau đó tạo thành các hành tinh quanh một ngôi sao. Các nhà thiên văn học dự đoán rằng khối lượng của đĩa này trong vùng của năm hành tinh gấp ba lần khối lượng hiện tại của Sao Mộc. Nhưng các nghiên cứu khác về các đĩa tiền hành tinh lại cho thấy rằng ba lần khối lượng Sao Mộc không thể ép được vào một vùng nhỏ bé và gần một ngôi sao đến thế, vậy nên nhóm Caltech đã có thể kết luận rằng các hành tinh quanh Kepler-32 đã được hình thành ở xa hơn.
Một trong những bằng chứng nữa liên quan đến việc các sao lùn M tỏa sáng và nóng hơn khi chúng còn trẻ, khi những hành tinh đang trong giai đoạn hình thành. Kepler-32 lúc đó sẽ quá nóng cho sự tồn tại của bụi gần ngôi sao này – một thành phần chủ chốt trong việc xây nên các hành tinh. Trước kia, các nhà thiên văn học khác đã xác định rằng hành tinh thứ ba và thứ tư từ ngôi sao này không đặc lắm, nghĩa là chúng có thể được tạo thành từ các hợp chất dễ thay đổi như cacbon dioxide, mê-tan, hoặc các loại bằng và khí khác theo nhóm Caltech. Tuy nhiên, các hợp chất thay đổi này không thể tồn tại trong những vùng nóng hơn gần ngôi sao.
Cuối cùng, các nhà thiên văn học Caltech phát hiện rằng ba trong số những hành tinh có quỹ đạo này có một mối liên quan rất đặc biệt với nhau. Chu kì quỹ đạo của một hành tinh bằng hai lần của một hành tinh khác, và chu kì của hành tinh thứ ba lại bằng ba lần chu kì của hành tinh thứ hai. Các hành tinh không thể tự sắp xếp ngay như thế này từ khi mới hình thành, theo lời của Johnson. Thay vào đó, các hành tinh buộc phải bắt đầu quỹ đạo của chúng từ xa ngôi sao hơn sau đó di chuyển gần vào theo thời gian và vào vị trí hiện tại của chúng.
“Nếu bạn nhìn kĩ vào sự sắp xếp của hệ hành tinh vô cùng đặc biệt này, bạn buộc phải công nhận rằng những hành tinh này được hình thành ở xa và sau đó bắt đầu di chuyển gần vào,” Johnson giải thích.
Việc thiên hà chứa đầy những hành tinh có thể đưa ra nhiều kết luận rất quan trọng, theo lời của các nhà khoa học. “Đây là một điều cơ bản từ điểm xuất phát,” theo lời của Swift, người chú ý rằng vì những ngôi sao lùn M phát ra ánh sáng hồng ngoại, mắt thường của chúng ta không thể nhìn được những ngôi sao này. “Kepler đã giúp chúng ta nhìn lên bầu trời và biết rằng có nhiều hành tinh ngoài đó hơn những ngôi sao chúng ta có thể thấy được.
Ngoài Swift và Johnson, các tác giả khác xuất hiện trên tờ Astrophysical Journal còn là học sinh cao học tại Caltech Timothy Morton và Benjamin Montet, bậc sau tiến sĩ tại Caltech Philip Muirhead, nguyên bậc sau tiến sĩ Caltech Justin Crepp từ Đại học Notre Dame, và nguyên sinh viên Caltech Daniel Fabrycky tại Đại học Chicago. Tiêu đề của nghiên cứu là “Tìm hiểu KOIS IV: Kepler-32 như một hfinh mẫu về sự hình thành các hệ hành tinh trong thiên hà.” Cùng với Kepler, các nhà thiên văn học đã thu thập quan sát từ Đài quan sát W. M. Keck và với hệ thống Robo-AO tại Đài quan sát Palomar. Tất cả những kính thiên văn này đã được hỗ trợ bởi Tổ chức W. M. Keck, NASA, Caltech, Trung tâm đại học về thiên văn và thiên văn vật lý, Tổ chức Khoa học Quốc gia, Tổ chức thiên văn Mt. Cuba và Samuel Oschin.
Quỳnh Chi (VACA)
theo Science Daily
