Các nhà thiên văn học đã chụp được những bức ảnh chưa từng có về các hành tinh con trong một hệ sao xa xôi. Các hành tinh này vẫn được bao quanh bởi các vành đai khí và bụi mà từ đó các mặt trăng dường như đang hình thành.
Hai hành tinh con được chụp, hay "tiền hành tinh", quay quanh ngôi sao PDS 70, nằm cách xa 370 năm ánh sáng trong chòm sao Centaurus. PDS 70 chỉ là một đứa trẻ mới biết đi về mặt sao, chỉ khoảng 5 triệu năm tuổi. Nếu điều này có vẻ cổ xưa, hãy xem xét rằng hệ mặt trời "trung niên" của chúng ta đã khoảng 4,6 tỷnăm tuổi.
Các nhà khoa học đứng sau nghiên cứu này tin rằng, hàng tỷ năm trước, hệ mặt trời sẽ giống như một phiên bản thu nhỏ của hệ thống PDS 70.
Các nhà thiên văn học tại Đại học Arizona đã chụp ảnh các hành tinh ngoài hệ mặt trời, hay "ngoại hành tinh", bằng thiết bị Magellan Adaptive Optics Xtreme (MagAO-X) tinh vi kết hợp với Kính viễn vọng Magellan 6,5 mét tại Đài quan sát Las Campanas ở Chile.
Nhóm cũng quan sát thấy, lần đầu tiên, những thay đổi về độ sáng của các tiền hành tinh, cho thấy chúng đang trải qua một quá trình tăng trưởng hỗn loạn.
"Chúng ta có thể thấy, lần đầu tiên, các vành đai bụi bao quanh các tiền hành tinh được nhìn thấy nhờ ánh sáng sao sáng phản chiếu từ chúng", thành viên nhóm nghiên cứu Jialin Li, một nghiên cứu sinh tiến sĩ về thiên văn học tại Đại học Arizona, cho biết trong một tuyên bố.
Các tiền hành tinh cực kỳ hiếm, với hai hành tinh này, được chỉ định là PDS 70 b và PDS 70 c, là những hành tinh duy nhất được xác nhận trong danh mục ngoại hành tinh có hơn 5.000 các thế giới bên ngoài hệ mặt trời.
Những hình ảnh sắc nét hơn về các tiền hành tinh hiếm như thế này và bụi xung quanh chúng có thể rất quan trọng để hiểu cách các hành tinh phát triển và cách chúng tiếp tục phát triển thành các mặt trăng hay "ngoại vệ tinh" khi nằm ngoài hệ mặt trời.
"Nhiều hành tinh lớn hoạt động giống như chổi hoặc máy hút bụi", trưởng nhóm Laird Close, giáo sư thiên văn học tại Đài quan sát Steward, cho biết trong một tuyên bố. "Về cơ bản, chúng phân tán bụi và xóa khoảng trống lớn mà chúng ta quan sát thấy trong đĩa khí và bụi lớn này bao quanh ngôi sao."
Khi vật chất chủ yếu bao gồm khí hydro "thác nước" đổ xuống các hành tinh nguyên thủy, những thế giới sơ khai này phát sáng ở cái gọi là bước sóng ánh sáng H-alpha. Ánh sáng này phát ra từ khí bị "sốc nhiệt" khi nó chạm vào bề mặt của nguyên hành tinh.
"Nhắm mục tiêu vào bước sóng ánh sáng đặc biệt đó cho phép MagAO-X hạn chế nhiễu hiệu quả và phân biệt giữa các nguyên hành tinh và các đặc điểm xung quanh hoặc hiện tượng nhiễu hình ảnh", Close cho biết.
Trong suốt ba năm, nhóm nghiên cứu đã thấy PDS 70 b mờ dần xuống còn một phần năm độ sáng ban đầu trong khi nguyên hành tinh anh em của nó, PDS 70 c, tăng gấp đôi độ sáng. Điều này chỉ ra cho các nhà nghiên cứu về sự thay đổi trong lượng vật chất rơi xuống các tiền hành tinh này.
"Về cơ bản, một trong hai hành tinh đột nhiên ăn kiêng trong khi hành tinh kia đang ăn hydro", Close nói.
Cho đến nay, nhóm nghiên cứu vẫn chưa chắc chắn điều gì đã thay đổi thói quen ăn uống của các ngoại hành tinh sơ khai này.
Việc quan sát các tiền hành tinh này là một thành tựu đáng chú ý đối với MagAO-X, một hệ thống quang học thích ứng. Điều đó có nghĩa là nó hiệu chỉnh nhiễu loạn trong khí quyển và loại bỏ "sự nhấp nháy" của các ngôi sao. Điều này cho phép MagAO-X tạo ra những hình ảnh sánh ngang với những hình ảnh được tạo ra bởi kính viễn vọng quang học không gian.
"Gương thay đổi hình dạng với tốc độ tương đương với việc điều chỉnh độ cận thị 2.000 lần mỗi giây. Vì công nghệ của chúng tôi loại bỏ nhiễu loạn từ bầu khí quyển, nên nó giống như việc lấy một chiếc gương kính thiên văn 6-1/2 mét và đưa nó vào không gian bên ngoài bằng cách nhấp vào nút chuột máy tính", Close giải thích. "Mức độ phân giải này cho thấy các đặc điểm xung quanh các hành tinh này với độ chi tiết đáng kinh ngạc.
"Để bạn có thể hình dung về độ phân giải, hãy tưởng tượng tôi đang đứng ở Phoenix và bạn đang đứng ở Tucson. Với MagAO-X, bạn có thể thấy tôi đang cầm một đồng xu 25 đô la hay hai đồng từ khoảng cách 125 dặm."
Câu chuyện liên quan:
— Kính viễn vọng không gian James Webb ghi nhận lần xác nhận đầu tiên về hành tinh đá
— Nghiên cứu đột phá của Kính viễn vọng không gian James Webb về đĩa hình thành hành tinh gợi ý về những khám phá về ngoại hành tinh trong tương lai
— Kính viễn vọng không gian James Webb tiết lộ bầu khí quyển của hành tinh ngoài hành tinh theo cách chưa từng có
Close và các đồng nghiệp hiện sẽ sử dụng MagAO-X để tìm kiếm thêm các hành tinh nguyên thủy xung quanh các ngôi sao trẻ khác.
"Mặc dù việc phát hiện ra các hành tinh nguyên thủy này chỉ mới ở ngưỡng khả thi về mặt kỹ thuật hiện nay, nhưng khi công nghệ được cải thiện, chúng ta sẽ khám phá thêm nhiều hệ thống như vậy trong tương lai gần", ông kết luận.
Nghiên cứu của nhóm đã được công bố trên Tạp chí Thiên văn học.
Hai hành tinh con được chụp, hay "tiền hành tinh", quay quanh ngôi sao PDS 70, nằm cách xa 370 năm ánh sáng trong chòm sao Centaurus. PDS 70 chỉ là một đứa trẻ mới biết đi về mặt sao, chỉ khoảng 5 triệu năm tuổi. Nếu điều này có vẻ cổ xưa, hãy xem xét rằng hệ mặt trời "trung niên" của chúng ta đã khoảng 4,6 tỷnăm tuổi.
Các nhà khoa học đứng sau nghiên cứu này tin rằng, hàng tỷ năm trước, hệ mặt trời sẽ giống như một phiên bản thu nhỏ của hệ thống PDS 70.
Các nhà thiên văn học tại Đại học Arizona đã chụp ảnh các hành tinh ngoài hệ mặt trời, hay "ngoại hành tinh", bằng thiết bị Magellan Adaptive Optics Xtreme (MagAO-X) tinh vi kết hợp với Kính viễn vọng Magellan 6,5 mét tại Đài quan sát Las Campanas ở Chile.
Nhóm cũng quan sát thấy, lần đầu tiên, những thay đổi về độ sáng của các tiền hành tinh, cho thấy chúng đang trải qua một quá trình tăng trưởng hỗn loạn.
"Chúng ta có thể thấy, lần đầu tiên, các vành đai bụi bao quanh các tiền hành tinh được nhìn thấy nhờ ánh sáng sao sáng phản chiếu từ chúng", thành viên nhóm nghiên cứu Jialin Li, một nghiên cứu sinh tiến sĩ về thiên văn học tại Đại học Arizona, cho biết trong một tuyên bố.
Các tiền hành tinh cực kỳ hiếm, với hai hành tinh này, được chỉ định là PDS 70 b và PDS 70 c, là những hành tinh duy nhất được xác nhận trong danh mục ngoại hành tinh có hơn 5.000 các thế giới bên ngoài hệ mặt trời.
Những hình ảnh sắc nét hơn về các tiền hành tinh hiếm như thế này và bụi xung quanh chúng có thể rất quan trọng để hiểu cách các hành tinh phát triển và cách chúng tiếp tục phát triển thành các mặt trăng hay "ngoại vệ tinh" khi nằm ngoài hệ mặt trời.
Kiểm tra thói quen ăn uống của các hành tinh trẻ
PDS 70 b và PDS 70 c đều có khối lượng lớn gấp nhiều lần Sao Mộc, nhưng tuổi đời còn trẻ của chúng là 5 triệu năm cho thấy chúng vẫn đang phát triển bằng cách thu thập vật chất từ đám mây khí và bụi hay "đĩa tiền hành tinh" bao quanh ngôi sao mẹ của chúng."Nhiều hành tinh lớn hoạt động giống như chổi hoặc máy hút bụi", trưởng nhóm Laird Close, giáo sư thiên văn học tại Đài quan sát Steward, cho biết trong một tuyên bố. "Về cơ bản, chúng phân tán bụi và xóa khoảng trống lớn mà chúng ta quan sát thấy trong đĩa khí và bụi lớn này bao quanh ngôi sao."
Khi vật chất chủ yếu bao gồm khí hydro "thác nước" đổ xuống các hành tinh nguyên thủy, những thế giới sơ khai này phát sáng ở cái gọi là bước sóng ánh sáng H-alpha. Ánh sáng này phát ra từ khí bị "sốc nhiệt" khi nó chạm vào bề mặt của nguyên hành tinh.
"Nhắm mục tiêu vào bước sóng ánh sáng đặc biệt đó cho phép MagAO-X hạn chế nhiễu hiệu quả và phân biệt giữa các nguyên hành tinh và các đặc điểm xung quanh hoặc hiện tượng nhiễu hình ảnh", Close cho biết.
Trong suốt ba năm, nhóm nghiên cứu đã thấy PDS 70 b mờ dần xuống còn một phần năm độ sáng ban đầu trong khi nguyên hành tinh anh em của nó, PDS 70 c, tăng gấp đôi độ sáng. Điều này chỉ ra cho các nhà nghiên cứu về sự thay đổi trong lượng vật chất rơi xuống các tiền hành tinh này.
"Về cơ bản, một trong hai hành tinh đột nhiên ăn kiêng trong khi hành tinh kia đang ăn hydro", Close nói.
Cho đến nay, nhóm nghiên cứu vẫn chưa chắc chắn điều gì đã thay đổi thói quen ăn uống của các ngoại hành tinh sơ khai này.
Việc quan sát các tiền hành tinh này là một thành tựu đáng chú ý đối với MagAO-X, một hệ thống quang học thích ứng. Điều đó có nghĩa là nó hiệu chỉnh nhiễu loạn trong khí quyển và loại bỏ "sự nhấp nháy" của các ngôi sao. Điều này cho phép MagAO-X tạo ra những hình ảnh sánh ngang với những hình ảnh được tạo ra bởi kính viễn vọng quang học không gian.
"Gương thay đổi hình dạng với tốc độ tương đương với việc điều chỉnh độ cận thị 2.000 lần mỗi giây. Vì công nghệ của chúng tôi loại bỏ nhiễu loạn từ bầu khí quyển, nên nó giống như việc lấy một chiếc gương kính thiên văn 6-1/2 mét và đưa nó vào không gian bên ngoài bằng cách nhấp vào nút chuột máy tính", Close giải thích. "Mức độ phân giải này cho thấy các đặc điểm xung quanh các hành tinh này với độ chi tiết đáng kinh ngạc.
"Để bạn có thể hình dung về độ phân giải, hãy tưởng tượng tôi đang đứng ở Phoenix và bạn đang đứng ở Tucson. Với MagAO-X, bạn có thể thấy tôi đang cầm một đồng xu 25 đô la hay hai đồng từ khoảng cách 125 dặm."
Câu chuyện liên quan:
— Kính viễn vọng không gian James Webb ghi nhận lần xác nhận đầu tiên về hành tinh đá
— Nghiên cứu đột phá của Kính viễn vọng không gian James Webb về đĩa hình thành hành tinh gợi ý về những khám phá về ngoại hành tinh trong tương lai
— Kính viễn vọng không gian James Webb tiết lộ bầu khí quyển của hành tinh ngoài hành tinh theo cách chưa từng có
Close và các đồng nghiệp hiện sẽ sử dụng MagAO-X để tìm kiếm thêm các hành tinh nguyên thủy xung quanh các ngôi sao trẻ khác.
"Mặc dù việc phát hiện ra các hành tinh nguyên thủy này chỉ mới ở ngưỡng khả thi về mặt kỹ thuật hiện nay, nhưng khi công nghệ được cải thiện, chúng ta sẽ khám phá thêm nhiều hệ thống như vậy trong tương lai gần", ông kết luận.
Nghiên cứu của nhóm đã được công bố trên Tạp chí Thiên văn học.