Một hành tinh lùn mới tiềm năng đã được phát hiện ở rìa ngoài của hệ mặt trời, và sự tồn tại của nó đặt ra thách thức lớn nhất cho giả thuyết về một hành tinh thứ chín ẩn núp cách xa mặt trời.
"Chúng tôi rất vui mừng khi phát hiện ra 2017 OF201 vì điều đó hoàn toàn không được mong đợi", trưởng nhóm nghiên cứu Sihao Cheng của Viện nghiên cứu nâng cao tại Princeton, nói với Space.com. "Rất hiếm khi phát hiện ra một vật thể vừa lớn vừa có quỹ đạo kỳ lạ."
"Điểm viễn nhật của vật thể — điểm xa nhất trên quỹ đạo tính từ mặt trời — lớn hơn 1.600 lần so với quỹ đạo của Trái Đất", Cheng giải thích trong statement. "Trong khi đó, điểm cận nhật của nó — điểm gần nhất trên quỹ đạo của nó với mặt trời — gấp 44,5 lần quỹ đạo của Trái đất, tương tự như quỹ đạo của Sao Diêm Vương."
Trong khi đó, tàu vũ trụ song sinh Voyager đã tăng tốc qua Vành đai Kuiper và đã đi vào một vùng gọi là Đĩa phân tán, được cho là trải dài khắp xa hơn 1.000 AU và là nơi sinh sống của các thiên thể băng giá trên các quỹ đạo rất dài và nghiêng. Các vật thể này thực sự bị phân tán trong khu vực thông qua tương tác hấp dẫn với Sao Hải Vương, và quỹ đạo của chúng đã bị thay đổi thêm thông qua mô-men xoắn gây ra bởi lực hấp dẫn của các ngôi sao đi qua, hay "thủy triều thiên hà" (trường hấp dẫn tổng thể của thiên hà Ngân Hà). Bên ngoài Đĩa Phân tán là Đám mây Oort, đây là một thể tích không gian khổng lồ có thể trải dài tới một năm ánh sáng tính từ mặt trời và là nguồn gốc của các sao chổi chu kỳ dài.
Tuy nhiên, vẫn còn nhiều điều chưa biết về Đĩa Phân tán, và ngoài những sao chổi chu kỳ dài thỉnh thoảng mạo hiểm đi theo hướng này, không có vật thể nào của Đám mây Oort từng được nhìn thấy — chúng quá xa và quá nhỏ. Đây là lý do tại sao mọi khám phá về một vật thể ngoài Sao Hải Vương (TNO) trên quỹ đạo kéo dài rất nhiều đều rất quan trọng để ghép lại bí ẩn của hệ mặt trời bên ngoài.
Điểm cận nhật cuối cùng của vật thể này cũng xuất hiện, thật trùng hợp, trong cùng năm mà Clyde Tombaugh phát hiện ra Sao Diêm Vương bằng kính viễn vọng 13 inch (330mm) tại Đài quan sát Lowell ở Arizona. Liệu Tombaugh có thể tìm thấy 2017 OF201 không? Có lẽ là không — với cấp sao +20,1, vật thể này sẽ mờ hơn Sao Diêm Vương bốn cấp sao, và hiện nay nó thậm chí còn mờ hơn.
May mắn thay, công nghệ kính thiên văn đã có những tiến bộ vượt bậc trong 95 năm qua, với các cuộc khảo sát sâu có thể ghi lại sự đi qua của một vật thể mờ. Ví dụ, Khảo sát năng lượng tối (DES) đã xác định được khoảng 800 TNO — và điều đó mặc dù DES về cơ bản là một cuộc khảo sát vũ trụ học. Tương tự như vậy, Cheng, cùng với Jiaxuan Li và Eritas Yang của Đại học Princeton, đã xem xét kỹ lưỡng các quan sát được thực hiện bởi Dark Energy Camera Legacy Survey (DECaLS) trên kính viễn vọng Victor M. Blanco 13 foot (4 mét) tại Đài quan sát liên Mỹ Cerro Tololo ở Chile. Họ đã phát hiện ra 2017 OF201 trong dữ liệu lưu trữ có từ năm 2017 từ DECaLS, và cũng phát hiện ra nó trong dữ liệu cũ có niên đại từ năm 2011–12 được chụp bởi Kính viễn vọng Canada–Pháp–Hawaii 11,7 foot (3,58 mét) trên Mauna Kea.
Dựa trên độ sáng và suất phản chiếu dự kiến là 0,15 (có nghĩa là nó chỉ phản xạ 15% ánh sáng mặt trời chiếu tới nó), nhóm của Cheng đã tính toán rằng 2017 OF201 có lẽ rộng khoảng 435 dặm (700 km)). Điều này sẽ khiến nó trở thành vật thể lớn thứ hai được tìm thấy trên một quỹ đạo dài như vậy. Mặc dù nhỏ hơn đáng kể so với Sao Diêm Vương, có đường kính 1.477 dặm (2.377 km), nhưng 2017 OF201 vẫn đủ lớn để được phân loại là một hành tinh lùn.
"Nhiều TNO cực đoan có quỹ đạo dường như tập trung theo các hướng cụ thể, nhưng 2017 OF201 lại không như vậy", Jiaxuan Li cho biết trong tuyên bố.
Trong cuộc phỏng vấn qua email với Cheng, ông đã nêu ra những hậu quả mà điều này có thể gây ra cho sự tồn tại của quỹ đạo của Hành tinh số Chín.
"Hành tinh số Chín cho phép các TNO cực đoan có quỹ đạo không tập trung, nhưng những quỹ đạo đó không ổn định", ông cho biết.
Thang thời gian mà Hành tinh số Chín sẽ khiến quỹ đạo của 2017 OF201 trở nên không ổn định và đẩy nó ra khỏi hệ mặt trời là vào khoảng 100 triệu năm. Tuy nhiên, quá trình đưa 2017 OF201 vào quỹ đạo hiện tại của nó, thông qua tương tác hấp dẫn với Sao Hải Vương đẩy 2017 OF201 ra khỏi Vành đai Kuiper — tiếp theo là những cú hích từ thủy triều thiên hà — mất hàng tỷ năm. Có khả năng là 2017 OF201chỉ mới đến quỹ đạo hiện tại của nó gần đây, điều đó có nghĩa là Hành tinh Chín có thể chưa có thời gian để phá vỡ quỹ đạo của nó.
"Một điều quan trọng là phải xem quỹ đạo của vật thể của chúng ta có ổn định hay không", Cheng nói. "Tôi nghĩ, dựa trên các tiêu chí phân tích, vật thể của chúng ta nằm ở ranh giới giữa ổn định và không ổn định, vì vậy cần phải điều tra thêm bằng các mô phỏng toàn diện hơn để loại trừ chắc chắn giả thuyết Hành tinh số Chín."
Các bài viết liên quan:
— Bằng chứng về Hành tinh số 9 gây tranh cãi được phát hiện trong các cuộc khảo sát bầu trời được thực hiện cách nhau 23 năm
— Kính viễn vọng Hubble phát hiện ra một câu đố 'bài toán 3 vật thể' mới trong số các tiểu hành tinh Vành đai Kuiper
— Vành đai Kuiper thứ 2? Hệ mặt trời của chúng ta có thể lớn hơn nhiều so với suy nghĩ
Điều thú vị là 2017 OF201có lẽ không đơn độc trong hệ mặt trời bên ngoài. Hoàn toàn ngẫu nhiên khi nó ở đủ gần để có thể phát hiện được — trong 99% trong số 24.256 năm quỹ đạo của nó, nó ở quá xa để có thể nhìn thấy.
"2017 OF201 chỉ dành 1% thời gian quỹ đạo của nó đủ gần chúng ta để có thể phát hiện được", Cheng cho biết. "Sự hiện diện của vật thể đơn lẻ này cho thấy có thể có khoảng một trăm vật thể khác có quỹ đạo và kích thước tương tự; chúng chỉ quá xa để có thể phát hiện được vào lúc này.
Hãy nghĩ mà xem: Có thể có hàng trăm hành tinh lùn ở vùng xa nhất của hệ mặt trời.
"Mặc dù những tiến bộ trong kính thiên văn đã cho phép chúng ta khám phá những vùng xa xôi của vũ trụ, nhưng vẫn còn rất nhiều điều để khám phá về hệ mặt trời của chúng ta", Cheng cho biết.
Một bản in trước của một bài báo mô tả khám phá này hiện có trên arXiv.
"Chúng tôi rất vui mừng khi phát hiện ra 2017 OF201 vì điều đó hoàn toàn không được mong đợi", trưởng nhóm nghiên cứu Sihao Cheng của Viện nghiên cứu nâng cao tại Princeton, nói với Space.com. "Rất hiếm khi phát hiện ra một vật thể vừa lớn vừa có quỹ đạo kỳ lạ."
"Điểm viễn nhật của vật thể — điểm xa nhất trên quỹ đạo tính từ mặt trời — lớn hơn 1.600 lần so với quỹ đạo của Trái Đất", Cheng giải thích trong statement. "Trong khi đó, điểm cận nhật của nó — điểm gần nhất trên quỹ đạo của nó với mặt trời — gấp 44,5 lần quỹ đạo của Trái đất, tương tự như quỹ đạo của Sao Diêm Vương."
Hệ mặt trời bên ngoài
Chúng ta đang tìm hiểu ngày càng nhiều hơn về hệ mặt trời bên ngoài. Bên ngoài Sao Hải Vương là Vành đai Kuiper; vành đai nhân sao chổi băng giá và các hành tinh nhỏ do Sao Diêm Vương và Charon thống trị. Vành đai Kuiper bắt đầu cách Mặt trời khoảng 30 đơn vị thiên văn (AU) (một AU là khoảng cách từ Trái đất đến Mặt trời), rìa bên trong của nó được Sao Hải Vương bảo vệ và kéo dài ra 50 AU. Tàu vũ trụ New Horizons của NASA hiện đang khám phá Vành đai Kuiper.Trong khi đó, tàu vũ trụ song sinh Voyager đã tăng tốc qua Vành đai Kuiper và đã đi vào một vùng gọi là Đĩa phân tán, được cho là trải dài khắp xa hơn 1.000 AU và là nơi sinh sống của các thiên thể băng giá trên các quỹ đạo rất dài và nghiêng. Các vật thể này thực sự bị phân tán trong khu vực thông qua tương tác hấp dẫn với Sao Hải Vương, và quỹ đạo của chúng đã bị thay đổi thêm thông qua mô-men xoắn gây ra bởi lực hấp dẫn của các ngôi sao đi qua, hay "thủy triều thiên hà" (trường hấp dẫn tổng thể của thiên hà Ngân Hà). Bên ngoài Đĩa Phân tán là Đám mây Oort, đây là một thể tích không gian khổng lồ có thể trải dài tới một năm ánh sáng tính từ mặt trời và là nguồn gốc của các sao chổi chu kỳ dài.
Tuy nhiên, vẫn còn nhiều điều chưa biết về Đĩa Phân tán, và ngoài những sao chổi chu kỳ dài thỉnh thoảng mạo hiểm đi theo hướng này, không có vật thể nào của Đám mây Oort từng được nhìn thấy — chúng quá xa và quá nhỏ. Đây là lý do tại sao mọi khám phá về một vật thể ngoài Sao Hải Vương (TNO) trên quỹ đạo kéo dài rất nhiều đều rất quan trọng để ghép lại bí ẩn của hệ mặt trời bên ngoài.
Một hành tinh lùn mới
Khoảng 5.000 TNO đã được phát hiện cho đến nay, nhưng khám phá mới nhất có thể là một trong những khám phá quan trọng nhất. Được gọi là 2017 OF201, hiện tại nó cách mặt trời 90,5 AU, nhưng quỹ đạo của nó khiến nó gần tới 4,14 tỷ dặm (6,66 tỷ km) so với ngôi sao của chúng ta và xa tới 157 tỷ dặm (244 tỷ km) so với mặt trời. Trong phần lớn quỹ đạo 24.256 năm của nó, 2017 OF201 quá xa để có thể nhìn thấy bằng kính viễn vọng hiện tại; nó chỉ có thể được phát hiện vì điểm cận nhật cuối cùng của nó xuất hiện vào năm 1930, và nó vẫn tương đối gần.Điểm cận nhật cuối cùng của vật thể này cũng xuất hiện, thật trùng hợp, trong cùng năm mà Clyde Tombaugh phát hiện ra Sao Diêm Vương bằng kính viễn vọng 13 inch (330mm) tại Đài quan sát Lowell ở Arizona. Liệu Tombaugh có thể tìm thấy 2017 OF201 không? Có lẽ là không — với cấp sao +20,1, vật thể này sẽ mờ hơn Sao Diêm Vương bốn cấp sao, và hiện nay nó thậm chí còn mờ hơn.
May mắn thay, công nghệ kính thiên văn đã có những tiến bộ vượt bậc trong 95 năm qua, với các cuộc khảo sát sâu có thể ghi lại sự đi qua của một vật thể mờ. Ví dụ, Khảo sát năng lượng tối (DES) đã xác định được khoảng 800 TNO — và điều đó mặc dù DES về cơ bản là một cuộc khảo sát vũ trụ học. Tương tự như vậy, Cheng, cùng với Jiaxuan Li và Eritas Yang của Đại học Princeton, đã xem xét kỹ lưỡng các quan sát được thực hiện bởi Dark Energy Camera Legacy Survey (DECaLS) trên kính viễn vọng Victor M. Blanco 13 foot (4 mét) tại Đài quan sát liên Mỹ Cerro Tololo ở Chile. Họ đã phát hiện ra 2017 OF201 trong dữ liệu lưu trữ có từ năm 2017 từ DECaLS, và cũng phát hiện ra nó trong dữ liệu cũ có niên đại từ năm 2011–12 được chụp bởi Kính viễn vọng Canada–Pháp–Hawaii 11,7 foot (3,58 mét) trên Mauna Kea.
Dựa trên độ sáng và suất phản chiếu dự kiến là 0,15 (có nghĩa là nó chỉ phản xạ 15% ánh sáng mặt trời chiếu tới nó), nhóm của Cheng đã tính toán rằng 2017 OF201 có lẽ rộng khoảng 435 dặm (700 km)). Điều này sẽ khiến nó trở thành vật thể lớn thứ hai được tìm thấy trên một quỹ đạo dài như vậy. Mặc dù nhỏ hơn đáng kể so với Sao Diêm Vương, có đường kính 1.477 dặm (2.377 km), nhưng 2017 OF201 vẫn đủ lớn để được phân loại là một hành tinh lùn.
Vấn đề đối với Hành tinh Chín
Tuy nhiên, sự tồn tại của 2017 OF201 lại mâu thuẫn với giả thuyết Hành tinh Chín, dựa trên phỏng đoán tốt nhất của chúng ta về quỹ đạo của Hành tinh Chín. Hành tinh thứ chín là một khái niệm được các nhà thiên văn học Michael Brown và Konstantin Batygin của Caltech đưa ra vào năm 2016 để giải thích về sự tập trung được nhận thức của các quỹ đạo của nhiều TNO cực đoan. Lực hấp dẫn của Hành tinh thứ chín, được suy đoán là một siêu Trái đất hoặc một hành tinh băng khổng lồ khiêm tốn, sẽ ảnh hưởng đến quỹ đạo của các TNO cực đoan — hay theo giả thuyết thì vậy. Tuy nhiên, quỹ đạo của 2017 OF201 không tập trung với các TNO khác."Nhiều TNO cực đoan có quỹ đạo dường như tập trung theo các hướng cụ thể, nhưng 2017 OF201 lại không như vậy", Jiaxuan Li cho biết trong tuyên bố.
Trong cuộc phỏng vấn qua email với Cheng, ông đã nêu ra những hậu quả mà điều này có thể gây ra cho sự tồn tại của quỹ đạo của Hành tinh số Chín.
"Hành tinh số Chín cho phép các TNO cực đoan có quỹ đạo không tập trung, nhưng những quỹ đạo đó không ổn định", ông cho biết.
Thang thời gian mà Hành tinh số Chín sẽ khiến quỹ đạo của 2017 OF201 trở nên không ổn định và đẩy nó ra khỏi hệ mặt trời là vào khoảng 100 triệu năm. Tuy nhiên, quá trình đưa 2017 OF201 vào quỹ đạo hiện tại của nó, thông qua tương tác hấp dẫn với Sao Hải Vương đẩy 2017 OF201 ra khỏi Vành đai Kuiper — tiếp theo là những cú hích từ thủy triều thiên hà — mất hàng tỷ năm. Có khả năng là 2017 OF201chỉ mới đến quỹ đạo hiện tại của nó gần đây, điều đó có nghĩa là Hành tinh Chín có thể chưa có thời gian để phá vỡ quỹ đạo của nó.
"Một điều quan trọng là phải xem quỹ đạo của vật thể của chúng ta có ổn định hay không", Cheng nói. "Tôi nghĩ, dựa trên các tiêu chí phân tích, vật thể của chúng ta nằm ở ranh giới giữa ổn định và không ổn định, vì vậy cần phải điều tra thêm bằng các mô phỏng toàn diện hơn để loại trừ chắc chắn giả thuyết Hành tinh số Chín."
Các bài viết liên quan:
— Bằng chứng về Hành tinh số 9 gây tranh cãi được phát hiện trong các cuộc khảo sát bầu trời được thực hiện cách nhau 23 năm
— Kính viễn vọng Hubble phát hiện ra một câu đố 'bài toán 3 vật thể' mới trong số các tiểu hành tinh Vành đai Kuiper
— Vành đai Kuiper thứ 2? Hệ mặt trời của chúng ta có thể lớn hơn nhiều so với suy nghĩ
Điều thú vị là 2017 OF201có lẽ không đơn độc trong hệ mặt trời bên ngoài. Hoàn toàn ngẫu nhiên khi nó ở đủ gần để có thể phát hiện được — trong 99% trong số 24.256 năm quỹ đạo của nó, nó ở quá xa để có thể nhìn thấy.
"2017 OF201 chỉ dành 1% thời gian quỹ đạo của nó đủ gần chúng ta để có thể phát hiện được", Cheng cho biết. "Sự hiện diện của vật thể đơn lẻ này cho thấy có thể có khoảng một trăm vật thể khác có quỹ đạo và kích thước tương tự; chúng chỉ quá xa để có thể phát hiện được vào lúc này.
Hãy nghĩ mà xem: Có thể có hàng trăm hành tinh lùn ở vùng xa nhất của hệ mặt trời.
"Mặc dù những tiến bộ trong kính thiên văn đã cho phép chúng ta khám phá những vùng xa xôi của vũ trụ, nhưng vẫn còn rất nhiều điều để khám phá về hệ mặt trời của chúng ta", Cheng cho biết.
Một bản in trước của một bài báo mô tả khám phá này hiện có trên arXiv.
