Các nhà thiên văn học đã phát hiện ra rằng các đám mây khí và bụi dẹt xung quanh các ngôi sao — các vườn ươm tạo ra các hành tinh — thường nhỏ hơn so với suy nghĩ trước đây. Trên thực tế, một số đám mây nhỏ đến mức chúng có thể nằm gọn trong quỹ đạo của Trái đất quanh mặt trời.
Ngoài ra, các quan sát của nhóm, được thực hiện với Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), đã tiết lộ rằng những cái gọi là "đĩa tiền hành tinh" này phổ biến hơn so với lý thuyết của các nhà khoa học, với các ngôi sao lùn đỏ nhỏ cũng có thể chứa chúng.
Các nhà thiên văn học đã nghiên cứu 73 đĩa tiền hành tinh trong vùng Lupus, một phần hình thành sao nổi bật trong không gian nằm cách Trái đất khoảng 400 năm ánh sáng trong chòm sao Scorpius. Nhóm nghiên cứu đã phát hiện ra nhiều ngôi sao trẻ chứa các đĩa tiền hành tinh nhỏ, một số không dày hơn nhiều so với khoảng cách giữa Trái đất và Mặt trời (một đơn vị thiên văn, hay AU).
"Thật đáng kinh ngạc khi phát hiện ra rằng các đĩa tiền hành tinh có thể nhỏ đến vậy và chúng lại phổ biến đến vậy", Paola Pinilla, một thành viên nhóm nghiên cứu và là nhà nghiên cứu tại Phòng thí nghiệm khoa học không gian Mullard thuộc Đại học Cao đẳng London (UCL), nói với Space.com. "Vì các đĩa lớn và sáng là những đĩa dễ quan sát nhất, nên quan điểm trước đây của chúng tôi về địa điểm ra đời của các hành tinh đã bị thiên vị."
Nhóm nghiên cứu cũng phát hiện ra rằng hầu hết các đĩa quan sát được đều không có khoảng trống hoặc vành đai.
Pinilla nói thêm rằng, nhờ khả năng đáng kinh ngạc của ALMA, các nhà thiên văn học cuối cùng cũng có thể mô tả các đĩa nhỏ và mờ xung quanh các ngôi sao lùn đỏ chỉ cách 10% 50% khối lượng mặt trời của chúng ta.
"Những ngôi sao này là phổ biến nhất trong thiên hà của chúng ta, vì vậy cuối cùng chúng ta cũng đã khám phá và hiểu được những điều kiện phổ biến nhất để hình thành hành tinh", Pinilla cho biết.
ALMA, một mảng gồm 66 kính viễn vọng vô tuyến đặt tại vùng Sa mạc Atacama ở Bắc Chile, không còn xa lạ với các đĩa tiền hành tinh. Tuy nhiên, lần này, kính viễn vọng vô tuyến mạnh mẽ đã vượt qua chính nó, khi phát hiện ra các cấu trúc hình thành hành tinh lớn rộng 30 AU thực sự có thể là điều bất thường xét về tổng thể quần thể các vật thể này.
"Những kết quả này hoàn toàn thay đổi quan điểm của chúng ta về hình dạng của một đĩa tiền hành tinh 'điển hình'", trưởng nhóm Osmar Guerra-Alvarado của Đại học Leiden cho biết trong một tuyên bố. "Chỉ những đĩa sáng nhất, dễ quan sát nhất, mới cho thấy những khoảng trống lớn, trong khi các đĩa compact không có cấu trúc phụ như vậy thực sự phổ biến hơn nhiều."
Việc phát hiện ra một đĩa tiền hành tinh nhỏ có ý nghĩa đối với tính phổ biến của một loại hành tinh ngoài hệ mặt trời cụ thể, hay "ngoại hành tinh", được gọi là siêu Trái Đất.
Đây là những thế giới đá có khối lượng lớn hơn hơn Trái Đất nhưng nhỏ hơn các hành tinh băng khổng lồ như Sao Hải Vương và Sao Thiên Vương.
Các siêu Trái Đất thường có khối lượng từ hai đến 10 lần khối lượng của hành tinh chúng ta. Những phát hiện mới cũng có thể giải thích tại sao các siêu Trái Đất có xu hướng được tìm thấy xung quanh các ngôi sao có khối lượng thấp.
"Các quan sát cũng cho thấy rằng các đĩa compact này có thể có các điều kiện tối ưu để hình thành cái gọi là siêu Trái Đất, vì hầu hết bụi nằm gần ngôi sao, nơi các siêu Trái Đất thường được tìm thấy", thành viên nhóm nghiên cứu Mariana Sanchez của Đài quan sát Leiden cho biết trong tuyên bố.
Những sao lùn đỏ có khối lượng thấp này là những ngôi sao phổ biến nhất trong Ngân Hà và các điều kiện xung quanh chúng ủng hộ các siêu Trái Đất, khiến những người anh em họ có khối lượng lớn hơn này của hành tinh quê hương chúng ta trở thành những hành tinh phổ biến nhất trong thiên hà của chúng ta.
Một manh mối là kích thước của mặt trời, lớn hơn từ hai đến 10 lần so với các ngôi sao được nhìn thấy với các đĩa tiền hành tinh nhỏ hơn.
Thứ hai, các điều kiện mà hệ mặt trời hình thành đã đủ để tạo ra các hành tinh khí khổng lồ như Sao Mộc và Sao Thổ. Các quan sát của nhóm nghiên cứu về các đĩa nhỏ ngụ ý rằng chúng có thể không thể sinh ra những thế giới lớn như vậy.
"Việc phát hiện ra rằng phần lớn các đĩa nhỏ không có khoảng trống ngụ ý rằng phần lớn các ngôi sao không chứa các hành tinh khổng lồ", Nienke van der Marel, một thành viên nhóm nghiên cứu và nhà nghiên cứu tại Đài quan sát Leiden, cho biết trong tuyên bố. "Điều này phù hợp với những gì chúng ta thấy trong quần thể ngoại hành tinh xung quanh các ngôi sao trưởng thành. Những quan sát này liên kết trực tiếp quần thể đĩa với quần thể ngoại hành tinh."
Cuối cùng, hệ hành tinh của chúng ta thiếu một siêu Trái Đất, quá trình tạo ra nó dường như được thúc đẩy bởi các đĩa tiền hành tinh nhỏ.
Các câu chuyện liên quan:
— Kính viễn vọng không gian James Webb ghi nhận xác nhận đầu tiên về hành tinh đá
— Nghiên cứu đột phá của Kính viễn vọng không gian James Webb về một đĩa hình thành hành tinh gợi ý về những khám phá ngoại hành tinh trong tương lai
— 'Hình ảnh em bé' ngoại hành tinh tiết lộ các ngoại vệ tinh có thể đang hình thành xung quanh các thế giới sơ khai
Tác động lâu dài của nghiên cứu này có thể là việc thiết lập một "mất tích "liên kết" giữa các quan sát về đĩa tiền hành tinh và các quan sát về các loại ngoại hành tinh khác nhau xung quanh các ngôi sao.
"Nghiên cứu cho thấy chúng ta đã sai trong một thời gian dài về hình dạng của một đĩa điển hình", van der Marel cho biết. "Rõ ràng là chúng ta đã thiên vị các đĩa sáng nhất và lớn nhất. Bây giờ cuối cùng chúng ta đã có cái nhìn tổng quan đầy đủ về các đĩa ở mọi kích cỡ".
Nghiên cứu của nhóm đã được công bố vào thứ Tư (ngày 26 tháng 3) trên trang lưu trữ bài báo arXiv.
Ngoài ra, các quan sát của nhóm, được thực hiện với Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), đã tiết lộ rằng những cái gọi là "đĩa tiền hành tinh" này phổ biến hơn so với lý thuyết của các nhà khoa học, với các ngôi sao lùn đỏ nhỏ cũng có thể chứa chúng.
Các nhà thiên văn học đã nghiên cứu 73 đĩa tiền hành tinh trong vùng Lupus, một phần hình thành sao nổi bật trong không gian nằm cách Trái đất khoảng 400 năm ánh sáng trong chòm sao Scorpius. Nhóm nghiên cứu đã phát hiện ra nhiều ngôi sao trẻ chứa các đĩa tiền hành tinh nhỏ, một số không dày hơn nhiều so với khoảng cách giữa Trái đất và Mặt trời (một đơn vị thiên văn, hay AU).
"Thật đáng kinh ngạc khi phát hiện ra rằng các đĩa tiền hành tinh có thể nhỏ đến vậy và chúng lại phổ biến đến vậy", Paola Pinilla, một thành viên nhóm nghiên cứu và là nhà nghiên cứu tại Phòng thí nghiệm khoa học không gian Mullard thuộc Đại học Cao đẳng London (UCL), nói với Space.com. "Vì các đĩa lớn và sáng là những đĩa dễ quan sát nhất, nên quan điểm trước đây của chúng tôi về địa điểm ra đời của các hành tinh đã bị thiên vị."
Nhóm nghiên cứu cũng phát hiện ra rằng hầu hết các đĩa quan sát được đều không có khoảng trống hoặc vành đai.
Pinilla nói thêm rằng, nhờ khả năng đáng kinh ngạc của ALMA, các nhà thiên văn học cuối cùng cũng có thể mô tả các đĩa nhỏ và mờ xung quanh các ngôi sao lùn đỏ chỉ cách 10% 50% khối lượng mặt trời của chúng ta.
"Những ngôi sao này là phổ biến nhất trong thiên hà của chúng ta, vì vậy cuối cùng chúng ta cũng đã khám phá và hiểu được những điều kiện phổ biến nhất để hình thành hành tinh", Pinilla cho biết.
Những điều kiện lý tưởng cho siêu Trái Đất
Trong thập kỷ qua, các nhà thiên văn học đã chụp ảnh hàng trăm đĩa tiền hành tinh và phát hiện ra rằng nhìn chung, chúng rất lớn đến mức có thể mở rộng ra ngoài quỹ đạo của Sao Hải Vương, khoảng 30 AU.ALMA, một mảng gồm 66 kính viễn vọng vô tuyến đặt tại vùng Sa mạc Atacama ở Bắc Chile, không còn xa lạ với các đĩa tiền hành tinh. Tuy nhiên, lần này, kính viễn vọng vô tuyến mạnh mẽ đã vượt qua chính nó, khi phát hiện ra các cấu trúc hình thành hành tinh lớn rộng 30 AU thực sự có thể là điều bất thường xét về tổng thể quần thể các vật thể này.
"Những kết quả này hoàn toàn thay đổi quan điểm của chúng ta về hình dạng của một đĩa tiền hành tinh 'điển hình'", trưởng nhóm Osmar Guerra-Alvarado của Đại học Leiden cho biết trong một tuyên bố. "Chỉ những đĩa sáng nhất, dễ quan sát nhất, mới cho thấy những khoảng trống lớn, trong khi các đĩa compact không có cấu trúc phụ như vậy thực sự phổ biến hơn nhiều."
Việc phát hiện ra một đĩa tiền hành tinh nhỏ có ý nghĩa đối với tính phổ biến của một loại hành tinh ngoài hệ mặt trời cụ thể, hay "ngoại hành tinh", được gọi là siêu Trái Đất.
Đây là những thế giới đá có khối lượng lớn hơn hơn Trái Đất nhưng nhỏ hơn các hành tinh băng khổng lồ như Sao Hải Vương và Sao Thiên Vương.
Các siêu Trái Đất thường có khối lượng từ hai đến 10 lần khối lượng của hành tinh chúng ta. Những phát hiện mới cũng có thể giải thích tại sao các siêu Trái Đất có xu hướng được tìm thấy xung quanh các ngôi sao có khối lượng thấp.
"Các quan sát cũng cho thấy rằng các đĩa compact này có thể có các điều kiện tối ưu để hình thành cái gọi là siêu Trái Đất, vì hầu hết bụi nằm gần ngôi sao, nơi các siêu Trái Đất thường được tìm thấy", thành viên nhóm nghiên cứu Mariana Sanchez của Đài quan sát Leiden cho biết trong tuyên bố.
Những sao lùn đỏ có khối lượng thấp này là những ngôi sao phổ biến nhất trong Ngân Hà và các điều kiện xung quanh chúng ủng hộ các siêu Trái Đất, khiến những người anh em họ có khối lượng lớn hơn này của hành tinh quê hương chúng ta trở thành những hành tinh phổ biến nhất trong thiên hà của chúng ta.
Trái Đất đã lớn lên trong vườn ươm có kích thước nào?
Khuynh hướng của chúng ta đối với các đĩa tiền hành tinh lớn hơn là điều tự nhiên. Chúng không chỉ phù hợp hơn với việc phát hiện, như đã giải thích ở trên, mà có vẻ như hành tinh của chúng ta đã lớn lên trong một vườn ươm hành tinh lớn hơn vào khoảng 4,6 tỷ năm trước.Một manh mối là kích thước của mặt trời, lớn hơn từ hai đến 10 lần so với các ngôi sao được nhìn thấy với các đĩa tiền hành tinh nhỏ hơn.
Thứ hai, các điều kiện mà hệ mặt trời hình thành đã đủ để tạo ra các hành tinh khí khổng lồ như Sao Mộc và Sao Thổ. Các quan sát của nhóm nghiên cứu về các đĩa nhỏ ngụ ý rằng chúng có thể không thể sinh ra những thế giới lớn như vậy.
"Việc phát hiện ra rằng phần lớn các đĩa nhỏ không có khoảng trống ngụ ý rằng phần lớn các ngôi sao không chứa các hành tinh khổng lồ", Nienke van der Marel, một thành viên nhóm nghiên cứu và nhà nghiên cứu tại Đài quan sát Leiden, cho biết trong tuyên bố. "Điều này phù hợp với những gì chúng ta thấy trong quần thể ngoại hành tinh xung quanh các ngôi sao trưởng thành. Những quan sát này liên kết trực tiếp quần thể đĩa với quần thể ngoại hành tinh."
Cuối cùng, hệ hành tinh của chúng ta thiếu một siêu Trái Đất, quá trình tạo ra nó dường như được thúc đẩy bởi các đĩa tiền hành tinh nhỏ.
Các câu chuyện liên quan:
— Kính viễn vọng không gian James Webb ghi nhận xác nhận đầu tiên về hành tinh đá
— Nghiên cứu đột phá của Kính viễn vọng không gian James Webb về một đĩa hình thành hành tinh gợi ý về những khám phá ngoại hành tinh trong tương lai
— 'Hình ảnh em bé' ngoại hành tinh tiết lộ các ngoại vệ tinh có thể đang hình thành xung quanh các thế giới sơ khai
Tác động lâu dài của nghiên cứu này có thể là việc thiết lập một "mất tích "liên kết" giữa các quan sát về đĩa tiền hành tinh và các quan sát về các loại ngoại hành tinh khác nhau xung quanh các ngôi sao.
"Nghiên cứu cho thấy chúng ta đã sai trong một thời gian dài về hình dạng của một đĩa điển hình", van der Marel cho biết. "Rõ ràng là chúng ta đã thiên vị các đĩa sáng nhất và lớn nhất. Bây giờ cuối cùng chúng ta đã có cái nhìn tổng quan đầy đủ về các đĩa ở mọi kích cỡ".
Nghiên cứu của nhóm đã được công bố vào thứ Tư (ngày 26 tháng 3) trên trang lưu trữ bài báo arXiv.