Kính viễn vọng không gian Hubble của NASA đã phát hiện ra rằng một hệ thống tiểu hành tinh trong vành đai Kuiper xa xôi có thể là bộ ba, không phải cặp song sinh như nghi ngờ trước đây.
Nếu đúng như vậy, bộ ba đá không gian băng giá ổn định này chỉ là ví dụ thứ hai trong số ba loại đá không gian liên kết hấp dẫn được tìm thấy trong vành đai Kuiper, vùng hình bánh rán của các vật thể băng giá ẩn núp ngoài quỹ đạo của Sao Hải Vương.
Phát hiện này cũng có thể thách thức sự hiểu biết của chúng ta về cách các vật thể vành đai Kuiper (KBO) hình thành.
Nếu được xác nhận là một bộ ba, hệ thống này — được chỉ định là 148780 Altjira — có thể mang đến cho các nhà khoa học cơ hội cải thiện mô hình của họ về cách ba vật thể liên kết hấp dẫn di chuyển cùng nhau trong không gian.
Câu đố này, được gọi là "bài toán ba vật thể", đã trở thành một thách thức kể từ khi Isaac Newton công bố tác phẩm "Principia" của mình vào năm 1687.
"Vũ trụ chứa đầy một loạt các hệ ba vật thể, bao gồm các ngôi sao gần Trái đất nhất, hệ sao Alpha Centauri và chúng tôi thấy rằng vành đai Kuiper có thể không phải là ngoại lệ", trưởng nhóm Maia Nelsen, một sinh viên tốt nghiệp ngành vật lý và thiên văn học tại Đại học Brigham Young ở Provo, Utah, cho biết trong một tuyên bố.
Liên quan: Vành đai Kuiper là gì?
Ba công ty trong Kuiper Vành đai Các nhà thiên văn học Dave Jewitt và Jane Luu đã phát hiện ra thiên thể băng giá đầu tiên trong vành đai Kuiper, được gọi là 1992 QB1, vào năm 1992. Kể từ đó, thêm 3.000 KBO đã được lập danh mục. Các nhà thiên văn học ước tính rằng có thể có thêm hàng trăm nghìn KBO có đường kính hơn 10 dặm (16 km) ẩn núp trong vành đai băng giá này, bắt đầu cách mặt trời khoảng 2,8 tỷ dặm (4,5 tỷ km). Người ta cho rằng vành đai Kuiper trải dài tới 4,6 tỷ dặm (7,4 tỷ km) tính từ mặt trời, tức là gấp khoảng 50 lần khoảng cách giữa Trái đất và ngôi sao của chúng ta. Hệ thống Altjira nằm ở giữa vành đai Kuiper, cách mặt trời khoảng 3,7 tỷ dặm (6,0 tỷ km), hay khoảng 40 lần khoảng cách giữa Trái đất và mặt trời.
Các hình ảnh của Kính viễn vọng không gian Hubble ban đầu dường như cho thấy hệ thống Altjira bao gồm hai KBO nằm cách nhau khoảng 4.700 dặm (7.600 km) tách biệt.
Tuy nhiên, khi nhóm tiến hành quan sát lặp lại chuyển động đồng quỹ đạo độc đáo của vật thể trong hệ thống Altjira, họ phát hiện ra rằng vật thể bên trong thực chất là hai vật thể. Các KBO này rất gần nhau đến mức không thể phân biệt được từng vật thể riêng lẻ từ khoảng cách rất xa như vậy.
"Với các vật thể nhỏ và ở xa như vậy, khoảng cách giữa hai thành viên bên trong của hệ thống chỉ bằng một phần nhỏ của một pixel trên máy ảnh của Hubble, vì vậy bạn phải sử dụng các phương pháp không chụp ảnh để phát hiện ra rằng đó là một bộ ba", Nelsen cho biết.
Phải mất 17 năm dữ liệu từ Hubble và Đài quan sát Keck ở Hawaii để quan sát các thay đổi quỹ đạo trong hệ thống Altjira và đưa ra quyết định này. Dữ liệu đã được thêm vào nhiều kịch bản mô hình hóa khác nhau, với lời giải thích có khả năng xảy ra nhất là hệ ba thiên thể.
"Những khả năng khác là vật thể bên trong là một sao đôi tiếp xúc, trong đó hai thiên thể riêng biệt trở nên gần nhau đến mức chúng chạm vào nhau, hoặc một thứ gì đó thực sự phẳng một cách kỳ lạ, giống như một chiếc bánh kếp", Nelsen nói thêm.
Trong số 40 hệ nhiều thiên thể được xác định trong vành đai Kuiper, đây chỉ là hệ thứ hai được xác định bao gồm hơn hai thiên thể. Các nhà nghiên cứu cho rằng đây không phải là trường hợp ngoại lệ và có nhiều hệ thống đa tiểu hành tinh khác ở ngoài phạm vi của hệ mặt trời, đang chờ được khám phá,
Các quan sát của Hubble về hệ thống Altjira, cho thấy nó có một ngôi sao thứ ba, hỗ trợ cho lý thuyết về sự hình thành KBO liên quan đến sự sụp đổ hấp dẫn trực tiếp của vật chất trong đĩa vật chất bao quanh mặt trời sơ sinh khoảng 4,5 tỷ năm trước.
Con đường sụp đổ trực tiếp này tương tự như quá trình hình thành các ngôi sao, mặc dù ở quy mô nhỏ hơn rất nhiều. Sự hình thành sao từ các mảng khí và bụi dày đặc cũng có thể tạo ra các hệ thống hai và ba vật thể.
Thuyết sáng tạo KBO thay thế, cho rằng những tảng đá không gian băng giá này được tạo ra từ các vụ va chạm giữa các vật thể lớn hơn, sẽ không tạo ra sự sắp xếp ba vật thể như hệ thống Altjira dường như vậy.
Các câu chuyện liên quan:
— NASA chụp ảnh Sao Thiên Vương với sự hợp tác hoành tráng của Kính viễn vọng Hubble và tàu thăm dò Sao Diêm Vương New Horizons
— Kính viễn vọng không gian Hubble: Hình ảnh, sự kiện & lịch sử
— Xa hơn sao Diêm Vương: Điều gì tiếp theo cho tàu thăm dò New Horizons của NASA?
Hệ thống Altjira gia nhập hành tinh lùn sao Diêm Vương và "người tuyết không gian" Arrokoth, một hệ sao đôi tiếp xúc bao gồm hai tảng đá không gian chạm vào nhau, là những thiên thể được nghiên cứu nhiều nhất trong vành đai Kuiper.
Tàu thăm dò New Horizons của NASA đã bay qua sao Diêm Vương vào năm 2015 và Arrokoth vào năm 2019. Không có chuyến thăm nào đến Altjira đang được tiến hành, nhưng các nhà nghiên cứu đứng sau nghiên cứu mới hy vọng rằng các quan sát từ xa chi tiết về hệ thống này sẽ có thể thực hiện được trong tương lai.
Đặc biệt thú vị là các quan sát sắp tới về Altjira do Kính viễn vọng không gian James Webb thực hiện trong năm hoạt động thứ ba của nó.
"Altjira đã bước vào mùa nhật thực, khi thiên thể bên ngoài đi qua phía trước thiên thể trung tâm", Nelsen cho biết. "Điều này sẽ kéo dài trong 10 năm tới, mang đến cho các nhà khoa học cơ hội tuyệt vời để tìm hiểu thêm về nó." \
Nghiên cứu mới được công bố vào thứ Ba (ngày 4 tháng 3) trên Tạp chí Khoa học Hành tinh.
Nếu đúng như vậy, bộ ba đá không gian băng giá ổn định này chỉ là ví dụ thứ hai trong số ba loại đá không gian liên kết hấp dẫn được tìm thấy trong vành đai Kuiper, vùng hình bánh rán của các vật thể băng giá ẩn núp ngoài quỹ đạo của Sao Hải Vương.
Phát hiện này cũng có thể thách thức sự hiểu biết của chúng ta về cách các vật thể vành đai Kuiper (KBO) hình thành.
Nếu được xác nhận là một bộ ba, hệ thống này — được chỉ định là 148780 Altjira — có thể mang đến cho các nhà khoa học cơ hội cải thiện mô hình của họ về cách ba vật thể liên kết hấp dẫn di chuyển cùng nhau trong không gian.
Câu đố này, được gọi là "bài toán ba vật thể", đã trở thành một thách thức kể từ khi Isaac Newton công bố tác phẩm "Principia" của mình vào năm 1687.
"Vũ trụ chứa đầy một loạt các hệ ba vật thể, bao gồm các ngôi sao gần Trái đất nhất, hệ sao Alpha Centauri và chúng tôi thấy rằng vành đai Kuiper có thể không phải là ngoại lệ", trưởng nhóm Maia Nelsen, một sinh viên tốt nghiệp ngành vật lý và thiên văn học tại Đại học Brigham Young ở Provo, Utah, cho biết trong một tuyên bố.
Liên quan: Vành đai Kuiper là gì?
Ba công ty trong Kuiper Vành đai Các nhà thiên văn học Dave Jewitt và Jane Luu đã phát hiện ra thiên thể băng giá đầu tiên trong vành đai Kuiper, được gọi là 1992 QB1, vào năm 1992. Kể từ đó, thêm 3.000 KBO đã được lập danh mục. Các nhà thiên văn học ước tính rằng có thể có thêm hàng trăm nghìn KBO có đường kính hơn 10 dặm (16 km) ẩn núp trong vành đai băng giá này, bắt đầu cách mặt trời khoảng 2,8 tỷ dặm (4,5 tỷ km). Người ta cho rằng vành đai Kuiper trải dài tới 4,6 tỷ dặm (7,4 tỷ km) tính từ mặt trời, tức là gấp khoảng 50 lần khoảng cách giữa Trái đất và ngôi sao của chúng ta. Hệ thống Altjira nằm ở giữa vành đai Kuiper, cách mặt trời khoảng 3,7 tỷ dặm (6,0 tỷ km), hay khoảng 40 lần khoảng cách giữa Trái đất và mặt trời.
Các hình ảnh của Kính viễn vọng không gian Hubble ban đầu dường như cho thấy hệ thống Altjira bao gồm hai KBO nằm cách nhau khoảng 4.700 dặm (7.600 km) tách biệt.
Tuy nhiên, khi nhóm tiến hành quan sát lặp lại chuyển động đồng quỹ đạo độc đáo của vật thể trong hệ thống Altjira, họ phát hiện ra rằng vật thể bên trong thực chất là hai vật thể. Các KBO này rất gần nhau đến mức không thể phân biệt được từng vật thể riêng lẻ từ khoảng cách rất xa như vậy.
"Với các vật thể nhỏ và ở xa như vậy, khoảng cách giữa hai thành viên bên trong của hệ thống chỉ bằng một phần nhỏ của một pixel trên máy ảnh của Hubble, vì vậy bạn phải sử dụng các phương pháp không chụp ảnh để phát hiện ra rằng đó là một bộ ba", Nelsen cho biết.
Phải mất 17 năm dữ liệu từ Hubble và Đài quan sát Keck ở Hawaii để quan sát các thay đổi quỹ đạo trong hệ thống Altjira và đưa ra quyết định này. Dữ liệu đã được thêm vào nhiều kịch bản mô hình hóa khác nhau, với lời giải thích có khả năng xảy ra nhất là hệ ba thiên thể.
"Những khả năng khác là vật thể bên trong là một sao đôi tiếp xúc, trong đó hai thiên thể riêng biệt trở nên gần nhau đến mức chúng chạm vào nhau, hoặc một thứ gì đó thực sự phẳng một cách kỳ lạ, giống như một chiếc bánh kếp", Nelsen nói thêm.
Trong số 40 hệ nhiều thiên thể được xác định trong vành đai Kuiper, đây chỉ là hệ thứ hai được xác định bao gồm hơn hai thiên thể. Các nhà nghiên cứu cho rằng đây không phải là trường hợp ngoại lệ và có nhiều hệ thống đa tiểu hành tinh khác ở ngoài phạm vi của hệ mặt trời, đang chờ được khám phá,
Các quan sát của Hubble về hệ thống Altjira, cho thấy nó có một ngôi sao thứ ba, hỗ trợ cho lý thuyết về sự hình thành KBO liên quan đến sự sụp đổ hấp dẫn trực tiếp của vật chất trong đĩa vật chất bao quanh mặt trời sơ sinh khoảng 4,5 tỷ năm trước.
Con đường sụp đổ trực tiếp này tương tự như quá trình hình thành các ngôi sao, mặc dù ở quy mô nhỏ hơn rất nhiều. Sự hình thành sao từ các mảng khí và bụi dày đặc cũng có thể tạo ra các hệ thống hai và ba vật thể.
Thuyết sáng tạo KBO thay thế, cho rằng những tảng đá không gian băng giá này được tạo ra từ các vụ va chạm giữa các vật thể lớn hơn, sẽ không tạo ra sự sắp xếp ba vật thể như hệ thống Altjira dường như vậy.
Các câu chuyện liên quan:
— NASA chụp ảnh Sao Thiên Vương với sự hợp tác hoành tráng của Kính viễn vọng Hubble và tàu thăm dò Sao Diêm Vương New Horizons
— Kính viễn vọng không gian Hubble: Hình ảnh, sự kiện & lịch sử
— Xa hơn sao Diêm Vương: Điều gì tiếp theo cho tàu thăm dò New Horizons của NASA?
Hệ thống Altjira gia nhập hành tinh lùn sao Diêm Vương và "người tuyết không gian" Arrokoth, một hệ sao đôi tiếp xúc bao gồm hai tảng đá không gian chạm vào nhau, là những thiên thể được nghiên cứu nhiều nhất trong vành đai Kuiper.
Tàu thăm dò New Horizons của NASA đã bay qua sao Diêm Vương vào năm 2015 và Arrokoth vào năm 2019. Không có chuyến thăm nào đến Altjira đang được tiến hành, nhưng các nhà nghiên cứu đứng sau nghiên cứu mới hy vọng rằng các quan sát từ xa chi tiết về hệ thống này sẽ có thể thực hiện được trong tương lai.
Đặc biệt thú vị là các quan sát sắp tới về Altjira do Kính viễn vọng không gian James Webb thực hiện trong năm hoạt động thứ ba của nó.
"Altjira đã bước vào mùa nhật thực, khi thiên thể bên ngoài đi qua phía trước thiên thể trung tâm", Nelsen cho biết. "Điều này sẽ kéo dài trong 10 năm tới, mang đến cho các nhà khoa học cơ hội tuyệt vời để tìm hiểu thêm về nó." \
Nghiên cứu mới được công bố vào thứ Ba (ngày 4 tháng 3) trên Tạp chí Khoa học Hành tinh.
