Một nghiên cứu mới đã tiết lộ rằng các ngôi sao thất thường sáng lên và mờ đi chỉ trong vài giờ có thể làm méo mó quan điểm của các nhà thiên văn học về hàng nghìn hành tinh ngoài hệ mặt trời.
Nhóm nghiên cứu này đã đi đến kết luận này bằng cách nghiên cứu 20 hành tinh ngoài hệ mặt trời hoặc "hành tinh ngoài hệ mặt trời" khi chúng đi qua hoặc "quá cảnh" bề mặt của các ngôi sao mẹ của chúng bằng Kính viễn vọng không gian Hubble. Điều này cho thấy rằng các dao động ánh sáng sao do các vùng nóng hơn và lạnh hơn trên bề mặt của các ngôi sao chịu trách nhiệm nhiều hơn cho việc bóp méo các diễn giải về bầu khí quyển của các hành tinh ngoài hệ mặt trời so với suy nghĩ trước đây.
Nhóm nghiên cứu đã phát hiện ra, điều bất ngờ là dữ liệu liên quan đến khoảng một nửa trong số 20 hành tinh mà họ nghiên cứu, trải dài từ các thế giới giống như Sao Hải Vương đến các hành tinh Sao Mộc nóng phồng lên, bị ảnh hưởng bởi sự thay đổi của các ngôi sao chủ của chúng. Đây là một diễn biến đáng lo ngại vì nếu không tính đến những biến đổi về độ sáng của các ngôi sao này, các nhà khoa học có thể hiểu sai nhiều điều về các ngoại hành tinh, bao gồm kích thước, nhiệt độ và thành phần khí quyển của chúng.
"Những kết quả này thật bất ngờ – chúng tôi phát hiện ra nhiều sự ô nhiễm sao trong dữ liệu của mình hơn chúng tôi mong đợi. Chúng tôi cần biết điều này", Arianna Saba, trưởng nhóm nghiên cứu và là nhà nghiên cứu tại University College of London (UCL), cho biết trong một tuyên bố gửi tới Space.com. "Bằng cách tinh chỉnh hiểu biết của chúng ta về cách biến đổi của các ngôi sao có thể ảnh hưởng đến cách chúng ta diễn giải các ngoại hành tinh, chúng ta có thể cải thiện các mô hình của mình và sử dụng thông minh hơn các tập dữ liệu lớn hơn nhiều đến từ các sứ mệnh bao gồm Kính viễn vọng không gian James Webb (JWST), Ariel và Twinkle."
Khi các hành tinh đi qua phía trước các ngôi sao mẹ của chúng khi nhìn từ Trái đất, chúng gây ra một sự sụt giảm nhỏ trong lượng ánh sáng sao mà chúng ta nhận được từ các ngôi sao đó. Những sự sụt giảm này có thể được sử dụng để phát hiện một hành tinh quay quanh, và thời gian giữa các lần sụt giảm ánh sáng có thể được sử dụng để giúp các nhà khoa học xác định thời gian thế giới mới được phát hiện quay quanh ngôi sao của nó.
Hơn nữa, việc phân tích ánh sáng sao đi qua bầu khí quyển của một hành tinh có thể cho các nhà nghiên cứu biết thành phần của bầu khí quyển đó. Điều này có thể thực hiện được vì các nguyên tố hấp thụ ánh sáng ở các bước sóng đặc trưng khác nhau. Do đó, khi ánh sáng sao đi qua bầu khí quyển của một hành tinh, các nguyên tố trong bầu khí quyển đó để lại dấu vân tay của chúng trong ánh sáng đó.
Các nhà khoa học đọc những dấu vân tay hóa học này bằng một phương pháp gọi là "quang phổ".
Nhưng nếu các nhà khoa học đọc sai ánh sáng của các ngôi sao, thì dữ liệu liên quan đến bầu khí quyển của các hành tinh và thậm chí một số phát hiện về ngoại hành tinh được thực hiện bằng phương pháp quá cảnh có thể bị đe dọa.
"Chúng ta tìm hiểu về các ngoại hành tinh từ ánh sáng của các ngôi sao chủ của chúng và đôi khi rất khó để phân biệt được là tín hiệu từ ngôi sao và những gì phát ra từ hành tinh", thành viên nhóm nghiên cứu và nhà nghiên cứu UCL Alexandra Thompson cho biết. "Một số ngôi sao có thể được mô tả là 'lốm đốm' - chúng có tỷ lệ vùng lạnh hơn, tối hơn và vùng nóng hơn, sáng hơn, trên bề mặt của chúng lớn hơn. Điều này là do hoạt động từ trường mạnh hơn".
Bà giải thích rằng những vùng sáng hơn này, hay 'faculae', phát ra nhiều ánh sáng hơn, nghĩa là nếu một hành tinh đi qua phía trước phần nóng nhất của ngôi sao, điều này có thể khiến các nhà nghiên cứu ước tính quá cao kích thước của hành tinh. Điều này là do hành tinh dường như sẽ chặn nhiều ánh sáng của ngôi sao hơn hoặc các nhà khoa học có thể suy ra rằng hành tinh nóng hơn thực tế hoặc nó có bầu khí quyển dày đặc hơn thực tế.
Thompson nói thêm rằng điều ngược lại cũng đúng: nếu hành tinh đi qua phía trước điểm lạnh của một ngôi sao, nó có thể khiến thế giới đó trông nhỏ hơn thực tế.
"Việc giảm ánh sáng phát ra từ vết đen sao thậm chí có thể mô phỏng hiệu ứng của một hành tinh đi qua trước một ngôi sao, khiến bạn nghĩ rằng có thể có một hành tinh trong khi thực tế không có hành tinh nào cả", Thompson cho biết. "Đây là lý do tại sao các quan sát theo dõi lại quan trọng đến vậy để xác nhận các phát hiện về ngoại hành tinh. Những biến thể này từ ngôi sao cũng có thể làm sai lệch ước tính về lượng hơi nước, chẳng hạn, có trong bầu khí quyển của một hành tinh.
"Đó là vì các biến thể có thể bắt chước hoặc che khuất dấu hiệu của hơi nước trong mô hình ánh sáng ở các bước sóng khác nhau chiếu tới kính viễn vọng của chúng ta."
Nhóm đã phân tích dữ liệu bước sóng khả kiến, cận hồng ngoại và cận cực tím từ 20 hệ thống ngoại hành tinh theo cùng một cách để giảm thiểu sai lệch vốn có trong các nghiên cứu khác.
Cân nhắc các mô hình tính đến sự biến đổi của sao và các mô hình không tính đến sự biến đổi của sao, các nhà nghiên cứu đã xem xét các kết hợp mô hình ánh sáng sao và khí quyển phù hợp nhất với dữ liệu họ thu thập được.
Điều này cho thấy 6 trong số 20 ngoại hành tinh được mô tả tốt hơn bằng cách sử dụng các mô hình tính đến các biến thể trong ánh sáng của các ngôi sao mẹ của chúng. Họ cũng phát hiện ra rằng dữ liệu xung quanh 6 hành tinh khác có thể đã bị làm hỏng phần nào do ô nhiễm ánh sáng từ các ngôi sao chủ của chúng.
Trên toàn bộ quang phổ điện từ mà nhóm nghiên cứu đã xem xét, sự biến dạng do sự thay đổi của các ngôi sao gây ra rõ ràng hơn nhiều trong ánh sáng khả kiến và trong bức xạ gần cực tím so với trong tia hồng ngoại.
Các câu chuyện liên quan:
— Ngoại hành tinh 'Kẹo dẻo nướng' nóng đến mức mưa kim loại. Nó hình thành như thế nào?
— Ngoại hành tinh 'Sao Mộc nóng' cực độ bốc mùi như trứng thối và có những cơn bão thủy tinh dữ dội
— Gió sắt và mưa kim loại nóng chảy tàn phá một ngoại hành tinh Sao Mộc nóng khủng khiếp
Những phát hiện của nhóm nghiên cứu đã tiết lộ hai cách mà sự thay đổi của ánh sáng sao có thể tác động đến các quan sát ngoại hành tinh.
"Một là xem xét hình dạng tổng thể của quang phổ – tức là mô hình ánh sáng ở các bước sóng khác nhau đã đi qua hành tinh từ ngôi sao – để xem liệu điều này có thể được giải thích chỉ bằng hành tinh hay cần đến hoạt động của các ngôi sao", Saba kết luận. "Cách còn lại là có hai quan sát về cùng một hành tinh trong vùng quang học của quang phổ được thực hiện vào những thời điểm khác nhau.
"Nếu những quan sát này rất khác nhau, thì lời giải thích có khả năng là hoạt động của các ngôi sao thay đổi."
Kết quả của nhóm dự kiến sẽ được công bố trên The Astrophysical Journal Supplement Series và có sẵn dưới dạng bản in trước trên trang lưu trữ nghiên cứu arXiv.
Nhóm nghiên cứu này đã đi đến kết luận này bằng cách nghiên cứu 20 hành tinh ngoài hệ mặt trời hoặc "hành tinh ngoài hệ mặt trời" khi chúng đi qua hoặc "quá cảnh" bề mặt của các ngôi sao mẹ của chúng bằng Kính viễn vọng không gian Hubble. Điều này cho thấy rằng các dao động ánh sáng sao do các vùng nóng hơn và lạnh hơn trên bề mặt của các ngôi sao chịu trách nhiệm nhiều hơn cho việc bóp méo các diễn giải về bầu khí quyển của các hành tinh ngoài hệ mặt trời so với suy nghĩ trước đây.
Nhóm nghiên cứu đã phát hiện ra, điều bất ngờ là dữ liệu liên quan đến khoảng một nửa trong số 20 hành tinh mà họ nghiên cứu, trải dài từ các thế giới giống như Sao Hải Vương đến các hành tinh Sao Mộc nóng phồng lên, bị ảnh hưởng bởi sự thay đổi của các ngôi sao chủ của chúng. Đây là một diễn biến đáng lo ngại vì nếu không tính đến những biến đổi về độ sáng của các ngôi sao này, các nhà khoa học có thể hiểu sai nhiều điều về các ngoại hành tinh, bao gồm kích thước, nhiệt độ và thành phần khí quyển của chúng.
"Những kết quả này thật bất ngờ – chúng tôi phát hiện ra nhiều sự ô nhiễm sao trong dữ liệu của mình hơn chúng tôi mong đợi. Chúng tôi cần biết điều này", Arianna Saba, trưởng nhóm nghiên cứu và là nhà nghiên cứu tại University College of London (UCL), cho biết trong một tuyên bố gửi tới Space.com. "Bằng cách tinh chỉnh hiểu biết của chúng ta về cách biến đổi của các ngôi sao có thể ảnh hưởng đến cách chúng ta diễn giải các ngoại hành tinh, chúng ta có thể cải thiện các mô hình của mình và sử dụng thông minh hơn các tập dữ liệu lớn hơn nhiều đến từ các sứ mệnh bao gồm Kính viễn vọng không gian James Webb (JWST), Ariel và Twinkle."
Một số ngôi sao thổi nóng và lạnh
Quá cảnh là một yếu tố cực kỳ quan trọng của khoa học ngoại hành tinh.Khi các hành tinh đi qua phía trước các ngôi sao mẹ của chúng khi nhìn từ Trái đất, chúng gây ra một sự sụt giảm nhỏ trong lượng ánh sáng sao mà chúng ta nhận được từ các ngôi sao đó. Những sự sụt giảm này có thể được sử dụng để phát hiện một hành tinh quay quanh, và thời gian giữa các lần sụt giảm ánh sáng có thể được sử dụng để giúp các nhà khoa học xác định thời gian thế giới mới được phát hiện quay quanh ngôi sao của nó.
Hơn nữa, việc phân tích ánh sáng sao đi qua bầu khí quyển của một hành tinh có thể cho các nhà nghiên cứu biết thành phần của bầu khí quyển đó. Điều này có thể thực hiện được vì các nguyên tố hấp thụ ánh sáng ở các bước sóng đặc trưng khác nhau. Do đó, khi ánh sáng sao đi qua bầu khí quyển của một hành tinh, các nguyên tố trong bầu khí quyển đó để lại dấu vân tay của chúng trong ánh sáng đó.
Các nhà khoa học đọc những dấu vân tay hóa học này bằng một phương pháp gọi là "quang phổ".
Nhưng nếu các nhà khoa học đọc sai ánh sáng của các ngôi sao, thì dữ liệu liên quan đến bầu khí quyển của các hành tinh và thậm chí một số phát hiện về ngoại hành tinh được thực hiện bằng phương pháp quá cảnh có thể bị đe dọa.
"Chúng ta tìm hiểu về các ngoại hành tinh từ ánh sáng của các ngôi sao chủ của chúng và đôi khi rất khó để phân biệt được là tín hiệu từ ngôi sao và những gì phát ra từ hành tinh", thành viên nhóm nghiên cứu và nhà nghiên cứu UCL Alexandra Thompson cho biết. "Một số ngôi sao có thể được mô tả là 'lốm đốm' - chúng có tỷ lệ vùng lạnh hơn, tối hơn và vùng nóng hơn, sáng hơn, trên bề mặt của chúng lớn hơn. Điều này là do hoạt động từ trường mạnh hơn".
Bà giải thích rằng những vùng sáng hơn này, hay 'faculae', phát ra nhiều ánh sáng hơn, nghĩa là nếu một hành tinh đi qua phía trước phần nóng nhất của ngôi sao, điều này có thể khiến các nhà nghiên cứu ước tính quá cao kích thước của hành tinh. Điều này là do hành tinh dường như sẽ chặn nhiều ánh sáng của ngôi sao hơn hoặc các nhà khoa học có thể suy ra rằng hành tinh nóng hơn thực tế hoặc nó có bầu khí quyển dày đặc hơn thực tế.
Thompson nói thêm rằng điều ngược lại cũng đúng: nếu hành tinh đi qua phía trước điểm lạnh của một ngôi sao, nó có thể khiến thế giới đó trông nhỏ hơn thực tế.
"Việc giảm ánh sáng phát ra từ vết đen sao thậm chí có thể mô phỏng hiệu ứng của một hành tinh đi qua trước một ngôi sao, khiến bạn nghĩ rằng có thể có một hành tinh trong khi thực tế không có hành tinh nào cả", Thompson cho biết. "Đây là lý do tại sao các quan sát theo dõi lại quan trọng đến vậy để xác nhận các phát hiện về ngoại hành tinh. Những biến thể này từ ngôi sao cũng có thể làm sai lệch ước tính về lượng hơi nước, chẳng hạn, có trong bầu khí quyển của một hành tinh.
"Đó là vì các biến thể có thể bắt chước hoặc che khuất dấu hiệu của hơi nước trong mô hình ánh sáng ở các bước sóng khác nhau chiếu tới kính viễn vọng của chúng ta."
Một số trợ giúp từ Hubble
Để nghiên cứu hiệu ứng tiềm tàng này, Saba, Thompson và các đồng nghiệp đã chuyển sang 20 năm quan sát của Hubble được thu thập bằng các thiết bị Máy quang phổ hình ảnh kính viễn vọng không gian (STIS) và Máy ảnh trường rộng 3 (WFC3) của kính viễn vọng không gian lâu đời này.Nhóm đã phân tích dữ liệu bước sóng khả kiến, cận hồng ngoại và cận cực tím từ 20 hệ thống ngoại hành tinh theo cùng một cách để giảm thiểu sai lệch vốn có trong các nghiên cứu khác.
Cân nhắc các mô hình tính đến sự biến đổi của sao và các mô hình không tính đến sự biến đổi của sao, các nhà nghiên cứu đã xem xét các kết hợp mô hình ánh sáng sao và khí quyển phù hợp nhất với dữ liệu họ thu thập được.
Điều này cho thấy 6 trong số 20 ngoại hành tinh được mô tả tốt hơn bằng cách sử dụng các mô hình tính đến các biến thể trong ánh sáng của các ngôi sao mẹ của chúng. Họ cũng phát hiện ra rằng dữ liệu xung quanh 6 hành tinh khác có thể đã bị làm hỏng phần nào do ô nhiễm ánh sáng từ các ngôi sao chủ của chúng.
Trên toàn bộ quang phổ điện từ mà nhóm nghiên cứu đã xem xét, sự biến dạng do sự thay đổi của các ngôi sao gây ra rõ ràng hơn nhiều trong ánh sáng khả kiến và trong bức xạ gần cực tím so với trong tia hồng ngoại.
Các câu chuyện liên quan:
— Ngoại hành tinh 'Kẹo dẻo nướng' nóng đến mức mưa kim loại. Nó hình thành như thế nào?
— Ngoại hành tinh 'Sao Mộc nóng' cực độ bốc mùi như trứng thối và có những cơn bão thủy tinh dữ dội
— Gió sắt và mưa kim loại nóng chảy tàn phá một ngoại hành tinh Sao Mộc nóng khủng khiếp
Những phát hiện của nhóm nghiên cứu đã tiết lộ hai cách mà sự thay đổi của ánh sáng sao có thể tác động đến các quan sát ngoại hành tinh.
"Một là xem xét hình dạng tổng thể của quang phổ – tức là mô hình ánh sáng ở các bước sóng khác nhau đã đi qua hành tinh từ ngôi sao – để xem liệu điều này có thể được giải thích chỉ bằng hành tinh hay cần đến hoạt động của các ngôi sao", Saba kết luận. "Cách còn lại là có hai quan sát về cùng một hành tinh trong vùng quang học của quang phổ được thực hiện vào những thời điểm khác nhau.
"Nếu những quan sát này rất khác nhau, thì lời giải thích có khả năng là hoạt động của các ngôi sao thay đổi."
Kết quả của nhóm dự kiến sẽ được công bố trên The Astrophysical Journal Supplement Series và có sẵn dưới dạng bản in trước trên trang lưu trữ nghiên cứu arXiv.
