Các nhà khoa học đã sử dụng dữ liệu từ kính viễn vọng không gian săn hành tinh đã nghỉ hưu 'Kepler' của NASA để khám phá ra rằng các thế giới nhỏ và lớn có quá trình phát triển rất khác nhau. Nhóm nghiên cứu phát hiện ra rằng các hành tinh lớn hơn trên các quỹ đạo không tròn có nhiều khả năng phát triển trong các hệ thống quê hương hỗn loạn hơn.
Để đi đến kết luận này, nhóm nghiên cứu đã nghiên cứu quỹ đạo của hàng nghìn hành tinh ngoài hệ mặt trời, hay "hành tinh ngoài hệ mặt trời". Nhóm nghiên cứu, bao gồm các nhà nghiên cứu từ Đại học California, Los Angeles (UCLA), đã đo quỹ đạo của các hành tinh ngoài hệ mặt trời có khối lượng từ Sao Mộc đến Sao Hỏa.
Các hành tinh nhỏ hơn, theo phát hiện, có xu hướng có quỹ đạo gần tròn, trong khi các hành tinh khổng lồ lớn hơn có quỹ đạo dẹt hoặc hình elip. Đây hẳn là một phát hiện quan trọng khi xét riêng lẻ, nhưng vì các nhà khoa học có thể biết nhiều điều về một hành tinh thông qua quỹ đạo của nó, nên khám phá này cũng tiết lộ thông tin về cách các hành tinh có kích thước khác nhau hình thành.
"Những gì chúng tôi phát hiện ra là ngay tại kích thước của Sao Hải Vương, các hành tinh chuyển từ hầu như luôn ở trên quỹ đạo tròn sang rất thường có quỹ đạo hình elip", trưởng nhóm nghiên cứu và nhà nghiên cứu của UCLA Gregory Gilbert nói trong một tuyên bố.
Sử dụng kỹ thuật này và thu thập các đường cong ánh sáng từ những ngôi sao này, Kepler đã phát hiện ra hàng nghìn ngoại hành tinh. Nhóm UCLA đã sử dụng 1.600 đường cong ánh sáng này để trích xuất thông tin về quỹ đạo của một số hành tinh nhất định. Quá trình này đòi hỏi rất nhiều sự cẩn thận, phát triển một bộ công cụ trực quan hóa tùy chỉnh và kiểm tra thủ công từng đường cong ánh sáng của sinh viên đại học UCLA Paige Entrica.
"Nếu các ngôi sao hoạt động giống như những bóng đèn nhàm chán, thì dự án này sẽ dễ dàng hơn gấp 10 lần", thành viên nhóm Erik Petigura, giáo sư vật lý và thiên văn học của UCLA, cho biết. "Nhưng thực tế là mỗi ngôi sao và tập hợp các hành tinh của nó đều có những đặc điểm riêng, và chỉ sau khi chúng tôi quan sát từng đường cong ánh sáng này, chúng tôi mới tin tưởng vào kết quả của mình."
Phân tích tỉ mỉ này đã tiết lộ sự phân chia giữa các hành tinh có quỹ đạo tròn và các hành tinh có quỹ đạo lệch tâm hơn.
Có vẻ như có rất nhiều hành tinh nhỏ hơn các hành tinh lớn và có xu hướng các hành tinh khổng lồ hình thành xung quanh các ngôi sao giàu các nguyên tố nặng hơn hydro và heli, chẳng hạn như oxy, carbon và sắt, mà các nhà thiên văn học gọi chung là "kim loại".
"Các hành tinh nhỏ thì phổ biến; các hành tinh lớn thì hiếm. Các hành tinh lớn cần các ngôi sao giàu kim loại để hình thành; các hành tinh nhỏ thì không", Gilbert giải thích. "Các hành tinh nhỏ có độ lệch tâm thấp, còn các hành tinh lớn có độ lệch tâm lớn".
Việc thấy mối tương quan giữa độ lệch tâm của quỹ đạo hành tinh và sự phong phú của kim loại cho nhóm biết rằng có hai con đường hình thành hành tinh, một con đường do các hành tinh lớn đi theo và một con đường do các hành tinh nhỏ đi theo.
"Việc thấy sự chuyển đổi trong độ lệch tâm của các quỹ đạo tại cùng một điểm này cho chúng ta biết thực sự có điều gì đó rất khác biệt về cách các hành tinh khổng lồ này hình thành so với cách các hành tinh nhỏ như Trái đất hình thành", Gilbert nói. "Đó thực sự là khám phá lớn nhất từ bài báo này".
Hiện nay, các nhà khoa học đưa ra giả thuyết rằng các hành tinh được sinh ra trong các đám mây khí và bụi hình bánh rán được gọi là "đĩa tiền hành tinh". Các đĩa tiền hành tinh này bao quanh các ngôi sao mới sinh và tạo ra các thế giới khi các mảnh vỡ ngày càng lớn hơn bên trong các đĩa gặp nhau và hợp nhất.
Quá trình này có thể hình thành một hành tinh đất đá có kích thước và khối lượng tương đương Trái Đất — nhưng nếu một lõi hành tinh lớn gấp khoảng 10 lần khối lượng hành tinh của chúng ta được hình thành, nó có thể tích tụ khí, tạo ra một hành tinh khí khổng lồ như Sao Mộc hoặc Sao Thổ.
Các hành tinh lớn hơn kích thước của Sao Hải Vương được cho là khá hiếm vì cần có "sự tích tụ khối lượng mất kiểm soát" nhanh chóng để tích tụ một lượng khí khổng lồ. Điều này xảy ra thường xuyên hơn xung quanh các ngôi sao giàu kim loại.
Các nhà khoa học cho rằng có khả năng các hành tinh lớn trên quỹ đạo lệch tâm có thể trải qua các quá trình hình thành hỗn loạn hơn khi chúng tương tác hấp dẫn với các hành tinh anh chị em của mình để thấy mình ở trên các quỹ đạo không tròn. Những hành tinh này "khuấy động" hệ thống hành tinh của chúng, gây ra nhiều nhiễu loạn hơn. Điều này dẫn đến các vụ va chạm và sáp nhập giữa các hành tinh lớn hơn Trái Đất, tạo ra nhiều hành tinh lớn hơn.
Các bài viết liên quan:
— Ngoại hành tinh 'kẹo dẻo nướng' nóng đến mức mưa kim loại. Nó hình thành như thế nào?
— Ngoại hành tinh 'Sao Mộc nóng' cực độ có mùi như trứng thối và có những cơn bão thủy tinh dữ dội
— Gió sắt và mưa kim loại nóng chảy tàn phá một ngoại hành tinh Sao Mộc nóng khủng khiếp
"Thật đáng chú ý khi chúng ta có thể tìm hiểu về quỹ đạo của các hành tinh quay quanh các ngôi sao khác bằng Kính viễn vọng không gian Kepler", Petigura cho biết. "Chiếc kính thiên văn này được đặt theo tên của Johannes Kepler, người cách đây bốn thế kỷ là nhà khoa học đầu tiên nhận ra rằng các hành tinh trong hệ mặt trời của chúng ta chuyển động theo quỹ đạo hơi hình elip thay vì hình tròn. Phát hiện của ông là một khoảnh khắc quan trọng trong lịch sử loài người vì nó cho thấy mặt trời, chứ không phải Trái đất, là trung tâm của hệ mặt trời.
"Tôi chắc rằng Kepler, người đàn ông đó, sẽ rất vui khi biết rằng một chiếc kính thiên văn được đặt theo tên ông đã đo được hình dạng tinh tế của quỹ đạo các hành tinh có kích thước bằng Trái đất xung quanh các ngôi sao khác."
Nghiên cứu của nhóm đã được công bố vào ngày 13 tháng 3 trên tạp chí Biên bản của Viện Hàn lâm Khoa học Quốc gia.
Để đi đến kết luận này, nhóm nghiên cứu đã nghiên cứu quỹ đạo của hàng nghìn hành tinh ngoài hệ mặt trời, hay "hành tinh ngoài hệ mặt trời". Nhóm nghiên cứu, bao gồm các nhà nghiên cứu từ Đại học California, Los Angeles (UCLA), đã đo quỹ đạo của các hành tinh ngoài hệ mặt trời có khối lượng từ Sao Mộc đến Sao Hỏa.
Các hành tinh nhỏ hơn, theo phát hiện, có xu hướng có quỹ đạo gần tròn, trong khi các hành tinh khổng lồ lớn hơn có quỹ đạo dẹt hoặc hình elip. Đây hẳn là một phát hiện quan trọng khi xét riêng lẻ, nhưng vì các nhà khoa học có thể biết nhiều điều về một hành tinh thông qua quỹ đạo của nó, nên khám phá này cũng tiết lộ thông tin về cách các hành tinh có kích thước khác nhau hình thành.
"Những gì chúng tôi phát hiện ra là ngay tại kích thước của Sao Hải Vương, các hành tinh chuyển từ hầu như luôn ở trên quỹ đạo tròn sang rất thường có quỹ đạo hình elip", trưởng nhóm nghiên cứu và nhà nghiên cứu của UCLA Gregory Gilbert nói trong một tuyên bố.
Các hành tinh lớn lệch tâm có quá trình phát triển hỗn loạn
Trong suốt thời gian hoạt động từ năm 2009 đến năm 2018, Kepler đã quan sát khoảng 150.000 ngôi sao, tìm kiếm những điểm sáng nhỏ do một hành tinh đi qua hoặc "đi qua" bề mặt ngôi sao của nó, khi nhìn từ góc nhìn của chúng ta trong vũ trụ.Sử dụng kỹ thuật này và thu thập các đường cong ánh sáng từ những ngôi sao này, Kepler đã phát hiện ra hàng nghìn ngoại hành tinh. Nhóm UCLA đã sử dụng 1.600 đường cong ánh sáng này để trích xuất thông tin về quỹ đạo của một số hành tinh nhất định. Quá trình này đòi hỏi rất nhiều sự cẩn thận, phát triển một bộ công cụ trực quan hóa tùy chỉnh và kiểm tra thủ công từng đường cong ánh sáng của sinh viên đại học UCLA Paige Entrica.
"Nếu các ngôi sao hoạt động giống như những bóng đèn nhàm chán, thì dự án này sẽ dễ dàng hơn gấp 10 lần", thành viên nhóm Erik Petigura, giáo sư vật lý và thiên văn học của UCLA, cho biết. "Nhưng thực tế là mỗi ngôi sao và tập hợp các hành tinh của nó đều có những đặc điểm riêng, và chỉ sau khi chúng tôi quan sát từng đường cong ánh sáng này, chúng tôi mới tin tưởng vào kết quả của mình."
Phân tích tỉ mỉ này đã tiết lộ sự phân chia giữa các hành tinh có quỹ đạo tròn và các hành tinh có quỹ đạo lệch tâm hơn.
Có vẻ như có rất nhiều hành tinh nhỏ hơn các hành tinh lớn và có xu hướng các hành tinh khổng lồ hình thành xung quanh các ngôi sao giàu các nguyên tố nặng hơn hydro và heli, chẳng hạn như oxy, carbon và sắt, mà các nhà thiên văn học gọi chung là "kim loại".
"Các hành tinh nhỏ thì phổ biến; các hành tinh lớn thì hiếm. Các hành tinh lớn cần các ngôi sao giàu kim loại để hình thành; các hành tinh nhỏ thì không", Gilbert giải thích. "Các hành tinh nhỏ có độ lệch tâm thấp, còn các hành tinh lớn có độ lệch tâm lớn".
Việc thấy mối tương quan giữa độ lệch tâm của quỹ đạo hành tinh và sự phong phú của kim loại cho nhóm biết rằng có hai con đường hình thành hành tinh, một con đường do các hành tinh lớn đi theo và một con đường do các hành tinh nhỏ đi theo.
"Việc thấy sự chuyển đổi trong độ lệch tâm của các quỹ đạo tại cùng một điểm này cho chúng ta biết thực sự có điều gì đó rất khác biệt về cách các hành tinh khổng lồ này hình thành so với cách các hành tinh nhỏ như Trái đất hình thành", Gilbert nói. "Đó thực sự là khám phá lớn nhất từ bài báo này".
Hiện nay, các nhà khoa học đưa ra giả thuyết rằng các hành tinh được sinh ra trong các đám mây khí và bụi hình bánh rán được gọi là "đĩa tiền hành tinh". Các đĩa tiền hành tinh này bao quanh các ngôi sao mới sinh và tạo ra các thế giới khi các mảnh vỡ ngày càng lớn hơn bên trong các đĩa gặp nhau và hợp nhất.
Quá trình này có thể hình thành một hành tinh đất đá có kích thước và khối lượng tương đương Trái Đất — nhưng nếu một lõi hành tinh lớn gấp khoảng 10 lần khối lượng hành tinh của chúng ta được hình thành, nó có thể tích tụ khí, tạo ra một hành tinh khí khổng lồ như Sao Mộc hoặc Sao Thổ.
Các hành tinh lớn hơn kích thước của Sao Hải Vương được cho là khá hiếm vì cần có "sự tích tụ khối lượng mất kiểm soát" nhanh chóng để tích tụ một lượng khí khổng lồ. Điều này xảy ra thường xuyên hơn xung quanh các ngôi sao giàu kim loại.
Các nhà khoa học cho rằng có khả năng các hành tinh lớn trên quỹ đạo lệch tâm có thể trải qua các quá trình hình thành hỗn loạn hơn khi chúng tương tác hấp dẫn với các hành tinh anh chị em của mình để thấy mình ở trên các quỹ đạo không tròn. Những hành tinh này "khuấy động" hệ thống hành tinh của chúng, gây ra nhiều nhiễu loạn hơn. Điều này dẫn đến các vụ va chạm và sáp nhập giữa các hành tinh lớn hơn Trái Đất, tạo ra nhiều hành tinh lớn hơn.
Các bài viết liên quan:
— Ngoại hành tinh 'kẹo dẻo nướng' nóng đến mức mưa kim loại. Nó hình thành như thế nào?
— Ngoại hành tinh 'Sao Mộc nóng' cực độ có mùi như trứng thối và có những cơn bão thủy tinh dữ dội
— Gió sắt và mưa kim loại nóng chảy tàn phá một ngoại hành tinh Sao Mộc nóng khủng khiếp
"Thật đáng chú ý khi chúng ta có thể tìm hiểu về quỹ đạo của các hành tinh quay quanh các ngôi sao khác bằng Kính viễn vọng không gian Kepler", Petigura cho biết. "Chiếc kính thiên văn này được đặt theo tên của Johannes Kepler, người cách đây bốn thế kỷ là nhà khoa học đầu tiên nhận ra rằng các hành tinh trong hệ mặt trời của chúng ta chuyển động theo quỹ đạo hơi hình elip thay vì hình tròn. Phát hiện của ông là một khoảnh khắc quan trọng trong lịch sử loài người vì nó cho thấy mặt trời, chứ không phải Trái đất, là trung tâm của hệ mặt trời.
"Tôi chắc rằng Kepler, người đàn ông đó, sẽ rất vui khi biết rằng một chiếc kính thiên văn được đặt theo tên ông đã đo được hình dạng tinh tế của quỹ đạo các hành tinh có kích thước bằng Trái đất xung quanh các ngôi sao khác."
Nghiên cứu của nhóm đã được công bố vào ngày 13 tháng 3 trên tạp chí Biên bản của Viện Hàn lâm Khoa học Quốc gia.
