Một trong những ngoại hành tinh lớn nhất được tìm thấy quay quanh một ngôi sao có khối lượng tương đối thấp đã được phát hiện, nhờ vào cách lực hấp dẫn của hành tinh kéo ngôi sao của nó xung quanh trong hành trình của nó qua không gian.
Hành tinh này là thế giới thứ tư được phát hiện trong dữ liệu từ sứ mệnh Gaia của Cơ quan Vũ trụ Châu Âu, được thiết kế để lập bản đồ một tỷ ngôi sao trong thiên hà Milky Way của chúng ta, lập danh mục khối lượng, độ sáng, nhiệt độ và chuyển động của chúng trong không gian.
Chính tính chất sau này đã dẫn đến việc phát hiện ra ngoại hành tinh khổng lồ Gaia-4b. Nó quay quanh một ngôi sao cách xa 244 năm ánh sáng và là một hành tinh khí khổng lồ có kích thước siêu lớn với khối lượng lớn hơn 11,8 lần so với khối lượng của Sao Mộc.
"Với chu kỳ quỹ đạo là 570 ngày, đây là một hành tinh khí khổng lồ tương đối lạnh", Guðmundur Stefánsson thuộc Đại học Amsterdam cho biết trong tuyên bố. Chu kỳ quỹ đạo này đặt Gaia-4b gần ngôi sao của nó hơn một chút so với Sao Hỏa so với Mặt trời, nhưng vì ngôi sao của nó ít khối lượng và ít sáng hơn ngôi sao của chúng ta, nên Gaia-4b có lẽ không ấm bằng Sao Hỏa.
Liên quan: Ngoại hành tinh: Mọi thứ bạn cần biết về các thế giới bên ngoài hệ mặt trời của chúng ta
Tuy nhiên, do có khối lượng lớn như vậy, Gaia-4b tác động một lực hấp dẫn dữ dội lên ngôi sao của nó, một sao lùn lớp K màu cam không có gì nổi bật với chỉ 64% khối lượng của Mặt trời của chúng ta. Khi Gaia vẽ chuyển động riêng của ngôi sao trên bầu trời, nó nhận thấy rằng quỹ đạo của ngôi sao trong không gian hơi lắc lư, như thể bị thứ gì đó kéo qua lại theo chuyển động xoắn ốc trên bầu trời. Các nhà thiên văn học gọi kỹ thuật phát hiện ngoại hành tinh này là phương pháp trắc thiên văn vì nó đòi hỏi phải theo dõi vị trí và chuyển động của một ngôi sao, đây là một lĩnh vực được gọi là trắc thiên văn.
Trên thực tế, Gaia đã nhận thấy chuyển động lắc lư này của rất nhiều ngôi sao, vì vậy Stefánsson đã dẫn đầu một nhóm các nhà thiên văn học theo dõi các hệ thống xoắn ốc này.
"Tuy nhiên, chuyển động của những ngôi sao này không nhất thiết là do một hành tinh", Stefánsson cho biết. "Thay vào đó, ngôi sao có thể là một cặp sao quá gần nhau để Gaia nhận ra chúng là những vật thể riêng biệt."
Để xác định trường hợp nào xảy ra, nhóm của Stefánsson đã sử dụng bộ ba thiết bị: máy quang phổ NEID (phát âm là 'nu-id') trên kính viễn vọng WIYN 3,5 mét tại Đài quan sát quốc gia Kitt Peak ở Arizona, cũng như Máy tìm hành tinh vùng có thể ở được trên Kính viễn vọng Hobby Eberly 10 mét tại Đài quan sát McDonald ở Texas và máy quang phổ FIES trên Kính viễn vọng quang học Nordic 2,6 mét tại La Palma ở Quần đảo Canary.
Các máy quang phổ này có thể đo vận tốc xuyên tâm của một ngôi sao — cách một ngôi sao lắc lư trên trục của nó khi nó quay quanh tâm khối lượng chung với một ngôi sao bạn đồng hành quay quanh. Khối lượng của ngôi sao đồng hành càng lớn, thì độ dịch chuyển Doppler theo hướng xuyên tâm trong ánh sáng của ngôi sao càng lớn.
Nhóm của Stefansson đã xác định được 28 ứng viên trong dữ liệu Gaia. Trong số đó, 21 ứng viên được chứng minh là hệ sao đôi. Năm ứng viên vẫn chưa có kết luận. Một là một ngôi sao quay quanh một sao lùn nâu — một vật thể nằm giữa ranh giới giữa hành tinh và ngôi sao — hiện được đặt tên là Gaia-5b, và một hóa ra là một hành tinh, Gaia-4b.
Tuy nhiên, một số nhà thiên văn học có thể lập luận rằng Gaia-4b cũng có thể được phân loại là sao lùn nâu; ranh giới phân chia giữa hành tinh và sao lùn nâu không rõ ràng. Một số nhà thiên văn học định nghĩa sự khác biệt này tùy thuộc vào cách vật thể hình thành. Liệu nó có kết hợp lại thông qua quá trình bồi tụ vật liệu đá để tạo thành một lõi khổng lồ có kích thước siêu Trái Đất bao quanh bởi một lượng khí khổng lồ, giống như sự hình thành của Sao Mộc và Sao Thổ trong hệ mặt trời của chúng ta không? Hay nó hình thành giống như một ngôi sao, thông qua sự sụp đổ hấp dẫn của một đám mây khí sau sự phân mảnh của đĩa khí bao quanh và nuôi dưỡng ngôi sao chính?
Liên quan: Sao lùn nâu: Những ngôi sao 'thất bại'
Các nhà nghiên cứu khác phân biệt giữa các hành tinh và sao lùn nâu tùy thuộc vào việc chúng có thể tham gia vào phản ứng tổng hợp hạt nhân của deuterium trong thời gian ngắn hay không (các ngôi sao trưởng thành sử dụng hydro trong phản ứng hạt nhân của chúng). Nhưng, như nhóm của Stefánsson lưu ý, thực sự không thể biết điều gì đang diễn ra bên trong các thiên thể xa xôi này.
Một cách thứ ba là phân biệt giữa các hành tinh và sao lùn nâu thông qua khối lượng của chúng. Khối lượng lớn hơn Sao Mộc 13 lần thường được coi là giới hạn dưới của một sao lùn nâu, nhưng điều này có một sự tùy ý nhất định.
Gaia-5b, quay quanh một ngôi sao sao lùn đỏ cách Trái đất 134 năm ánh sáng, có khối lượng gấp 20,9 lần Sao Mộc, do đó có vẻ an toàn khi gọi vật thể đó là sao lùn nâu.
Gaia-4b rắc rối hơn. Chỉ xét riêng về khối lượng, nó được phân loại là một hành tinh. Tuy nhiên, nhóm của Stefánsson đã xem xét sự phong phú của các nguyên tố nặng trong thành phần của ngôi sao trung tâm, và thấy rằng thành phần hóa học của nó khá giống với thành phần hóa học của Mặt trời. Các hành tinh đá, hay lõi đá của các hành tinh khổng lồ, cần nguồn cung cấp sẵn các nguyên tố nặng để hình thành. Trong khi Mặt trời và Gaia-4 của chúng ta dường như có đủ các nguyên tố nặng để tạo ra các hành tinh có khối lượng bằng Sao Mộc, thì có vẻ như vẫn còn nghi ngờ rằng một vật thể có khối lượng gấp 11,8 lần Sao Mộc có thể hình thành từ các nguồn tài nguyên sẵn có. Do đó, Stefánsson cho rằng điều này chỉ ra rằng Gaia-4b đã hình thành từ sự sụp đổ hấp dẫn sau khi đĩa bị phân mảnh, khi một số loại bất ổn đã phá vỡ đĩa khí xung quanh ngôi sao trung tâm.
Điều đó có nghĩa là Gaia-4b thực sự nên được gọi là sao lùn nâu thay vì là một hành tinh không? Nếu chúng ta gọi nó là một hành tinh, thì nó là một trong những hành tinh lớn nhất được tìm thấy xung quanh một ngôi sao có khối lượng thấp hơn — những thế giới như vậy rất hiếm chỉ vì các hệ sao có khối lượng thấp không có nhiều vật liệu bổ sung để xây dựng các hành tinh khổng lồ. Về vấn đề hành tinh hay sao lùn nâu, nhóm của Stefánsson vẫn giữ thái độ cởi mở.
CÂU CHUYỆN LIÊN QUAN:
— Tàu vũ trụ Gaia: Lập bản đồ Ngân Hà theo cách chưa từng có
— Chúc ngủ ngon, Gaia! Tàu vũ trụ ESA ngừng hoạt động sau 12 năm lập bản đồ Ngân Hà
— Tàu vũ trụ lập bản đồ sao Gaia phát hiện ra một cặp hành tinh giống Sao Mộc
Mặc dù Gaia đã ngừng hoạt động vào tháng 1 sau 12 năm quan sát, vẫn còn rất nhiều dữ liệu cần phân tích từ sứ mệnh này. Dữ liệu đó được phát hành dưới dạng các gói lớn; gần đây nhất là Data Release 3 (DR3) vào năm 2022 (và được bổ sung dữ liệu bổ sung vào năm 2023), và DR4 dự kiến vào năm 2026.
Sẽ có "nhiều hành tinh hơn nữa xuất hiện khi dữ liệu của năm ngoái được phân tích", Jayadev Rajagopal, một thành viên trong nhóm của Stefánsson tại NOIRLab của Quỹ Khoa học Quốc gia Hoa Kỳ, cho biết trong tuyên bố khác. "Công trình này là điềm báo cho tương lai khi các khám phá của Gaia về hành tinh và sao lùn nâu sẽ cần được xác nhận hoặc bác bỏ bằng dữ liệu NEID."
Hai hành tinh đầu tiên được Gaia phát hiện, Gaia-1b và Gaia-2b, đều được tìm thấy khi Gaia phát hiện chúng đang di chuyển qua ngôi sao của chúng. Hành tinh thứ ba, Gaia-3b, phức tạp hơn một chút ở chỗ nó được phát hiện đang quay quanh một trong những ngôi sao trong hệ sao đôi theo phương pháp trắc quang. Tổng cộng, cho đến nay chỉ có khoảng 200 hành tinh được phát hiện thông qua phương pháp trắc quang thiên văn, nhưng với Gaia DR4 đang ở phía trước và nhóm của Stefánsson đang theo dõi vụ án, chúng ta có thể sớm chứng kiến thêm nhiều hành tinh nữa.
Việc phát hiện ra Gaia-4b và 5b đã được báo cáo vào ngày 4 tháng 2 trên Tạp chí Thiên văn học.
Hành tinh này là thế giới thứ tư được phát hiện trong dữ liệu từ sứ mệnh Gaia của Cơ quan Vũ trụ Châu Âu, được thiết kế để lập bản đồ một tỷ ngôi sao trong thiên hà Milky Way của chúng ta, lập danh mục khối lượng, độ sáng, nhiệt độ và chuyển động của chúng trong không gian.
Chính tính chất sau này đã dẫn đến việc phát hiện ra ngoại hành tinh khổng lồ Gaia-4b. Nó quay quanh một ngôi sao cách xa 244 năm ánh sáng và là một hành tinh khí khổng lồ có kích thước siêu lớn với khối lượng lớn hơn 11,8 lần so với khối lượng của Sao Mộc.
"Với chu kỳ quỹ đạo là 570 ngày, đây là một hành tinh khí khổng lồ tương đối lạnh", Guðmundur Stefánsson thuộc Đại học Amsterdam cho biết trong tuyên bố. Chu kỳ quỹ đạo này đặt Gaia-4b gần ngôi sao của nó hơn một chút so với Sao Hỏa so với Mặt trời, nhưng vì ngôi sao của nó ít khối lượng và ít sáng hơn ngôi sao của chúng ta, nên Gaia-4b có lẽ không ấm bằng Sao Hỏa.
Liên quan: Ngoại hành tinh: Mọi thứ bạn cần biết về các thế giới bên ngoài hệ mặt trời của chúng ta
Tuy nhiên, do có khối lượng lớn như vậy, Gaia-4b tác động một lực hấp dẫn dữ dội lên ngôi sao của nó, một sao lùn lớp K màu cam không có gì nổi bật với chỉ 64% khối lượng của Mặt trời của chúng ta. Khi Gaia vẽ chuyển động riêng của ngôi sao trên bầu trời, nó nhận thấy rằng quỹ đạo của ngôi sao trong không gian hơi lắc lư, như thể bị thứ gì đó kéo qua lại theo chuyển động xoắn ốc trên bầu trời. Các nhà thiên văn học gọi kỹ thuật phát hiện ngoại hành tinh này là phương pháp trắc thiên văn vì nó đòi hỏi phải theo dõi vị trí và chuyển động của một ngôi sao, đây là một lĩnh vực được gọi là trắc thiên văn.
Trên thực tế, Gaia đã nhận thấy chuyển động lắc lư này của rất nhiều ngôi sao, vì vậy Stefánsson đã dẫn đầu một nhóm các nhà thiên văn học theo dõi các hệ thống xoắn ốc này.
"Tuy nhiên, chuyển động của những ngôi sao này không nhất thiết là do một hành tinh", Stefánsson cho biết. "Thay vào đó, ngôi sao có thể là một cặp sao quá gần nhau để Gaia nhận ra chúng là những vật thể riêng biệt."
Để xác định trường hợp nào xảy ra, nhóm của Stefánsson đã sử dụng bộ ba thiết bị: máy quang phổ NEID (phát âm là 'nu-id') trên kính viễn vọng WIYN 3,5 mét tại Đài quan sát quốc gia Kitt Peak ở Arizona, cũng như Máy tìm hành tinh vùng có thể ở được trên Kính viễn vọng Hobby Eberly 10 mét tại Đài quan sát McDonald ở Texas và máy quang phổ FIES trên Kính viễn vọng quang học Nordic 2,6 mét tại La Palma ở Quần đảo Canary.
Các máy quang phổ này có thể đo vận tốc xuyên tâm của một ngôi sao — cách một ngôi sao lắc lư trên trục của nó khi nó quay quanh tâm khối lượng chung với một ngôi sao bạn đồng hành quay quanh. Khối lượng của ngôi sao đồng hành càng lớn, thì độ dịch chuyển Doppler theo hướng xuyên tâm trong ánh sáng của ngôi sao càng lớn.
Nhóm của Stefansson đã xác định được 28 ứng viên trong dữ liệu Gaia. Trong số đó, 21 ứng viên được chứng minh là hệ sao đôi. Năm ứng viên vẫn chưa có kết luận. Một là một ngôi sao quay quanh một sao lùn nâu — một vật thể nằm giữa ranh giới giữa hành tinh và ngôi sao — hiện được đặt tên là Gaia-5b, và một hóa ra là một hành tinh, Gaia-4b.
Tuy nhiên, một số nhà thiên văn học có thể lập luận rằng Gaia-4b cũng có thể được phân loại là sao lùn nâu; ranh giới phân chia giữa hành tinh và sao lùn nâu không rõ ràng. Một số nhà thiên văn học định nghĩa sự khác biệt này tùy thuộc vào cách vật thể hình thành. Liệu nó có kết hợp lại thông qua quá trình bồi tụ vật liệu đá để tạo thành một lõi khổng lồ có kích thước siêu Trái Đất bao quanh bởi một lượng khí khổng lồ, giống như sự hình thành của Sao Mộc và Sao Thổ trong hệ mặt trời của chúng ta không? Hay nó hình thành giống như một ngôi sao, thông qua sự sụp đổ hấp dẫn của một đám mây khí sau sự phân mảnh của đĩa khí bao quanh và nuôi dưỡng ngôi sao chính?
Liên quan: Sao lùn nâu: Những ngôi sao 'thất bại'
Các nhà nghiên cứu khác phân biệt giữa các hành tinh và sao lùn nâu tùy thuộc vào việc chúng có thể tham gia vào phản ứng tổng hợp hạt nhân của deuterium trong thời gian ngắn hay không (các ngôi sao trưởng thành sử dụng hydro trong phản ứng hạt nhân của chúng). Nhưng, như nhóm của Stefánsson lưu ý, thực sự không thể biết điều gì đang diễn ra bên trong các thiên thể xa xôi này.
Một cách thứ ba là phân biệt giữa các hành tinh và sao lùn nâu thông qua khối lượng của chúng. Khối lượng lớn hơn Sao Mộc 13 lần thường được coi là giới hạn dưới của một sao lùn nâu, nhưng điều này có một sự tùy ý nhất định.
Gaia-5b, quay quanh một ngôi sao sao lùn đỏ cách Trái đất 134 năm ánh sáng, có khối lượng gấp 20,9 lần Sao Mộc, do đó có vẻ an toàn khi gọi vật thể đó là sao lùn nâu.
Gaia-4b rắc rối hơn. Chỉ xét riêng về khối lượng, nó được phân loại là một hành tinh. Tuy nhiên, nhóm của Stefánsson đã xem xét sự phong phú của các nguyên tố nặng trong thành phần của ngôi sao trung tâm, và thấy rằng thành phần hóa học của nó khá giống với thành phần hóa học của Mặt trời. Các hành tinh đá, hay lõi đá của các hành tinh khổng lồ, cần nguồn cung cấp sẵn các nguyên tố nặng để hình thành. Trong khi Mặt trời và Gaia-4 của chúng ta dường như có đủ các nguyên tố nặng để tạo ra các hành tinh có khối lượng bằng Sao Mộc, thì có vẻ như vẫn còn nghi ngờ rằng một vật thể có khối lượng gấp 11,8 lần Sao Mộc có thể hình thành từ các nguồn tài nguyên sẵn có. Do đó, Stefánsson cho rằng điều này chỉ ra rằng Gaia-4b đã hình thành từ sự sụp đổ hấp dẫn sau khi đĩa bị phân mảnh, khi một số loại bất ổn đã phá vỡ đĩa khí xung quanh ngôi sao trung tâm.
Điều đó có nghĩa là Gaia-4b thực sự nên được gọi là sao lùn nâu thay vì là một hành tinh không? Nếu chúng ta gọi nó là một hành tinh, thì nó là một trong những hành tinh lớn nhất được tìm thấy xung quanh một ngôi sao có khối lượng thấp hơn — những thế giới như vậy rất hiếm chỉ vì các hệ sao có khối lượng thấp không có nhiều vật liệu bổ sung để xây dựng các hành tinh khổng lồ. Về vấn đề hành tinh hay sao lùn nâu, nhóm của Stefánsson vẫn giữ thái độ cởi mở.
CÂU CHUYỆN LIÊN QUAN:
— Tàu vũ trụ Gaia: Lập bản đồ Ngân Hà theo cách chưa từng có
— Chúc ngủ ngon, Gaia! Tàu vũ trụ ESA ngừng hoạt động sau 12 năm lập bản đồ Ngân Hà
— Tàu vũ trụ lập bản đồ sao Gaia phát hiện ra một cặp hành tinh giống Sao Mộc
Mặc dù Gaia đã ngừng hoạt động vào tháng 1 sau 12 năm quan sát, vẫn còn rất nhiều dữ liệu cần phân tích từ sứ mệnh này. Dữ liệu đó được phát hành dưới dạng các gói lớn; gần đây nhất là Data Release 3 (DR3) vào năm 2022 (và được bổ sung dữ liệu bổ sung vào năm 2023), và DR4 dự kiến vào năm 2026.
Sẽ có "nhiều hành tinh hơn nữa xuất hiện khi dữ liệu của năm ngoái được phân tích", Jayadev Rajagopal, một thành viên trong nhóm của Stefánsson tại NOIRLab của Quỹ Khoa học Quốc gia Hoa Kỳ, cho biết trong tuyên bố khác. "Công trình này là điềm báo cho tương lai khi các khám phá của Gaia về hành tinh và sao lùn nâu sẽ cần được xác nhận hoặc bác bỏ bằng dữ liệu NEID."
Hai hành tinh đầu tiên được Gaia phát hiện, Gaia-1b và Gaia-2b, đều được tìm thấy khi Gaia phát hiện chúng đang di chuyển qua ngôi sao của chúng. Hành tinh thứ ba, Gaia-3b, phức tạp hơn một chút ở chỗ nó được phát hiện đang quay quanh một trong những ngôi sao trong hệ sao đôi theo phương pháp trắc quang. Tổng cộng, cho đến nay chỉ có khoảng 200 hành tinh được phát hiện thông qua phương pháp trắc quang thiên văn, nhưng với Gaia DR4 đang ở phía trước và nhóm của Stefánsson đang theo dõi vụ án, chúng ta có thể sớm chứng kiến thêm nhiều hành tinh nữa.
Việc phát hiện ra Gaia-4b và 5b đã được báo cáo vào ngày 4 tháng 2 trên Tạp chí Thiên văn học.
