Một "siêu Trái Đất" khổng lồ với khí hậu khắc nghiệt khiến nó chỉ có thể sinh sống được trong một phần quỹ đạo đã được phát hiện đang quay quanh một ngôi sao cách xa 2.472 năm ánh sáng. Và điều đáng chú ý nhất là, nó được phát hiện mà thậm chí không được phát hiện trực tiếp.
Việc phát hiện ra ngoại hành tinh, một siêu Trái Đất có tên là Kepler-735c, hoàn toàn phụ thuộc vào thứ gọi là biến thể thời gian quá cảnh, hay gọi tắt là TTV.
Chúng ta hãy cùng tìm hiểu bối cảnh. Một trong những cách chính để phát hiện ra ngoại hành tinh là tìm kiếm thời điểm chúng quá cảnh hoặc đi qua trước ngôi sao của chúng. Khi làm như vậy, chúng chặn một phần nhỏ ánh sáng của ngôi sao đó và dựa trên kích thước của sự sụt giảm độ sáng của ngôi sao này, chúng ta có thể xác định được hành tinh quá cảnh phải lớn đến mức nào. Thật vậy, đây chính là cách mà thợ săn ngoại hành tinh thành công nhất cho đến nay, kính viễn vọng không gian Kepler của NASA, đã phát hiện ra hơn 3.300 ngoại hành tinh đã được xác nhận và hàng nghìn ứng cử viên khác.
Tuy nhiên, việc phát hiện ngoại hành tinh thông qua quá trình vận chuyển cũng có những nhược điểm. Một là kỹ thuật này thiên về các hành tinh trên quỹ đạo ngắn gần ngôi sao của chúng, nghĩa là chúng di chuyển thường xuyên hơn và dễ nhìn thấy hơn. Các lần di chuyển cũng đòi hỏi sự căn chỉnh chính xác giữa mặt phẳng quỹ đạo của hệ hành tinh và đường ngắm của chúng ta. Ngay cả một độ nghiêng nhỏ cũng có thể có nghĩa là chúng ta không thể nhìn thấy các hành tinh trên quỹ đạo rộng hơn di chuyển.
Tuy nhiên, những hành tinh không nhìn thấy được trên quỹ đạo rộng hơn vẫn có thể hiện diện dưới dạng TTV. Thông thường, các lần di chuyển diễn ra đều đặn như đồng hồ, nhưng trong một số trường hợp, các nhà thiên văn học nhận thấy rằng quá trình di chuyển của một hành tinh có thể bị trì hoãn hoặc xảy ra trước thời hạn và điều này là do lực hấp dẫn của các hành tinh khác kéo theo thế giới di chuyển.
Đôi khi chúng ta cũng có thể nhìn thấy các hành tinh khác di chuyển — hệ thống TRAPPIST-1 bảy hành tinh là một ví dụ tuyệt vời. Tuy nhiên, thông thường chúng ta không thể nhìn thấy hành tinh gây ra những biến thể này, nhưng kích thước và tần suất của TTV có thể cho chúng ta biết về chu kỳ quỹ đạo và khối lượng của những thế giới ẩn này.
Một trong những hành tinh như vậy được phát hiện có TTV là Kepler-725b. Đây là một hành tinh khí khổng lồ quay quanh một ngôi sao giống mặt trời màu vàng được tàu vũ trụ Kepler hiện đã ngừng hoạt động phát hiện.
"Bằng cách phân tích các tín hiệu TTV của Kepler-725b, một hành tinh khí khổng lồ có chu kỳ 39,64 ngày trong cùng hệ thống, nhóm nghiên cứu đã suy ra thành công các thông số khối lượng và quỹ đạo của hành tinh ẩn Kepler-725c", Sun Leilei, thuộc Đài quan sát Vân Nam thuộc Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc, cho biết trong statement. Mặt trời là tác giả chính của một nghiên cứu mới tiết lộ sự tồn tại của thế giới ẩn giấu này.
Khối lượng của Kepler-725c khá đáng kể — lớn hơn khối lượng của Trái đất 10 lần. Điều này đưa nó vào hàng ngũ cao nhất của một loại hành tinh được gọi là siêu Trái đất — những thế giới khổng lồ, có thể là đá. Chúng ta không có ví dụ nào về siêu Trái đất trong hệ mặt trời của mình, vì vậy chúng ta không thực sự biết những hành tinh như vậy như thế nào. Các nhà khoa học hành tinh vẫn đang vật lộn với các mô hình lý thuyết nhằm cố gắng mô tả các đặc tính của các thế giới siêu Trái đất. Liệu chúng có được bao bọc trong một bầu khí quyển dày đặc không? Liệu chúng có thể duy trì kiến tạo mảng không? Lực hấp dẫn bề mặt cao hơn của chúng sẽ ảnh hưởng đến quá trình tiến hóa của sự sống như thế nào? Câu trả lời chắc chắn cho những câu hỏi này vẫn chưa được đưa ra.
Trong khi đó, quỹ đạo của hành tinh này ít nhất cũng có thể nói là bất thường. Nó có hình elip cao, với độ lệch tâm là 0,44. Để so sánh, quỹ đạo của Trái Đất có độ lệch tâm là 0,0167 và do đó gần với hình tròn; ở cực đối diện, độ lệch tâm quỹ đạo là 1 sẽ là parabol. Quỹ đạo của Kepler-7825c có hình bầu dục, nghĩa là tại một số điểm trên quỹ đạo của nó, nó gần với ngôi sao của nó hơn nhiều so với những thời điểm khác. Mặc dù nhìn chung Kepler-725c nhận được lượng nhiệt từ ngôi sao của nó gấp 1,4 lần so với Trái Đất nhận được từ Mặt trời, nhưng đây chỉ là mức trung bình trong suốt quá trình quỹ đạo của nó và đôi khi nó nhận được ít hơn.
Nếu Kepler-725c có bầu khí quyển thì sự khác biệt về nhiệt lượng mặt trời tại các thời điểm khác nhau trên quỹ đạo của nó có thể gây ra sự tàn phá đối với khí hậu của nó. Trên thực tế, độ lệch tâm quỹ đạo cao thực sự có nghĩa là ngoại hành tinh chỉ dành một phần quỹ đạo của nó trong vùng có thể ở được, đây là vùng tròn xung quanh ngôi sao ở khoảng cách mà nhiệt độ thích hợp cho nước lỏng trên bề mặt hành tinh.
Các bài viết liên quan:
— Ngoại hành tinh: Mọi thứ bạn cần biết về thế giới bên ngoài hệ mặt trời của chúng ta
— Các nhà khoa học phát hiện ra các ngoại hành tinh siêu Trái Đất phổ biến hơn trong vũ trụ so với chúng ta nghĩ
— Ngoại hành tinh K2-18b có chứa sự sống ngoài hành tinh hay không? Đây là lý do tại sao cuộc tranh luận vẫn tiếp diễn
Điều này có nghĩa là Kepler-725c chỉ có thể sinh sống được trong một phần của năm 207,5 ngày Trái Đất của nó không? Điều gì sẽ xảy ra với bất kỳ sự sống nào có thể tồn tại trên hành tinh này trong những khoảng thời gian nằm ngoài vùng có thể sinh sống? Một lần nữa, đây là những vấn đề lý thuyết mà các nhà khoa học đã vật lộn, nhưng giờ đây sự tồn tại của Kepler-725c đột nhiên khiến chúng trở thành những vấn đề rất thực tế. Tuy nhiên, vì chúng ta không nhìn thấy quá cảnh Kepler-725c, nên sẽ không thể thăm dò bầu khí quyển của nó bằng Kính viễn vọng không gian James Webb, kính này sử dụng ánh sáng mặt trời được lọc qua bầu khí quyển của một hành tinh để đưa ra các suy luận về đặc tính và thành phần của bầu khí quyển đó.
May mắn thay, có thể có nhiều thế giới như vậy ngoài kia để nghiên cứu. Người ta hy vọng rằng khi tàu vũ trụ PLATO (PLAnetary Transits and Oscillations of stars) của Cơ quan Vũ trụ Châu Âu phóng vào năm 2026 với tư cách là sứ mệnh phát hiện ngoại hành tinh nhạy nhất của chúng ta cho đến nay, nó sẽ có thể tìm thấy nhiều thế giới hơn nữa thông qua TTV. Và, không giống như các phép đo vận tốc xuyên tâm và quá cảnh, có xu hướng thiên về việc tìm kiếm các ngoại hành tinh chu kỳ ngắn, TTV mở ra một cửa sổ hướng đến các hành tinh trên quỹ đạo rộng hơn mà không thấy quá cảnh.
"[Khám phá về Kepler-725c] chứng minh tiềm năng của kỹ thuật TTV trong việc phát hiện các hành tinh có khối lượng thấp trong vùng có thể ở được của các ngôi sao giống như mặt trời", Sun cho biết.
Bằng cách đó, phương pháp TTV sẽ giúp thúc đẩy việc tìm kiếm sự sống trong vũ trụ, nếu chỉ cung cấp thêm số liệu thống kê về số lượng các hành tinh trong vùng có thể ở được ngoài kia.
Phát hiện về Kepler-725c đã được báo cáo vào thứ Ba (ngày 3 tháng 6) trên tạp chí Thiên văn học thiên nhiên.
Việc phát hiện ra ngoại hành tinh, một siêu Trái Đất có tên là Kepler-735c, hoàn toàn phụ thuộc vào thứ gọi là biến thể thời gian quá cảnh, hay gọi tắt là TTV.
Chúng ta hãy cùng tìm hiểu bối cảnh. Một trong những cách chính để phát hiện ra ngoại hành tinh là tìm kiếm thời điểm chúng quá cảnh hoặc đi qua trước ngôi sao của chúng. Khi làm như vậy, chúng chặn một phần nhỏ ánh sáng của ngôi sao đó và dựa trên kích thước của sự sụt giảm độ sáng của ngôi sao này, chúng ta có thể xác định được hành tinh quá cảnh phải lớn đến mức nào. Thật vậy, đây chính là cách mà thợ săn ngoại hành tinh thành công nhất cho đến nay, kính viễn vọng không gian Kepler của NASA, đã phát hiện ra hơn 3.300 ngoại hành tinh đã được xác nhận và hàng nghìn ứng cử viên khác.
Tuy nhiên, việc phát hiện ngoại hành tinh thông qua quá trình vận chuyển cũng có những nhược điểm. Một là kỹ thuật này thiên về các hành tinh trên quỹ đạo ngắn gần ngôi sao của chúng, nghĩa là chúng di chuyển thường xuyên hơn và dễ nhìn thấy hơn. Các lần di chuyển cũng đòi hỏi sự căn chỉnh chính xác giữa mặt phẳng quỹ đạo của hệ hành tinh và đường ngắm của chúng ta. Ngay cả một độ nghiêng nhỏ cũng có thể có nghĩa là chúng ta không thể nhìn thấy các hành tinh trên quỹ đạo rộng hơn di chuyển.
Tuy nhiên, những hành tinh không nhìn thấy được trên quỹ đạo rộng hơn vẫn có thể hiện diện dưới dạng TTV. Thông thường, các lần di chuyển diễn ra đều đặn như đồng hồ, nhưng trong một số trường hợp, các nhà thiên văn học nhận thấy rằng quá trình di chuyển của một hành tinh có thể bị trì hoãn hoặc xảy ra trước thời hạn và điều này là do lực hấp dẫn của các hành tinh khác kéo theo thế giới di chuyển.
Đôi khi chúng ta cũng có thể nhìn thấy các hành tinh khác di chuyển — hệ thống TRAPPIST-1 bảy hành tinh là một ví dụ tuyệt vời. Tuy nhiên, thông thường chúng ta không thể nhìn thấy hành tinh gây ra những biến thể này, nhưng kích thước và tần suất của TTV có thể cho chúng ta biết về chu kỳ quỹ đạo và khối lượng của những thế giới ẩn này.
Một trong những hành tinh như vậy được phát hiện có TTV là Kepler-725b. Đây là một hành tinh khí khổng lồ quay quanh một ngôi sao giống mặt trời màu vàng được tàu vũ trụ Kepler hiện đã ngừng hoạt động phát hiện.
"Bằng cách phân tích các tín hiệu TTV của Kepler-725b, một hành tinh khí khổng lồ có chu kỳ 39,64 ngày trong cùng hệ thống, nhóm nghiên cứu đã suy ra thành công các thông số khối lượng và quỹ đạo của hành tinh ẩn Kepler-725c", Sun Leilei, thuộc Đài quan sát Vân Nam thuộc Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc, cho biết trong statement. Mặt trời là tác giả chính của một nghiên cứu mới tiết lộ sự tồn tại của thế giới ẩn giấu này.
Khối lượng của Kepler-725c khá đáng kể — lớn hơn khối lượng của Trái đất 10 lần. Điều này đưa nó vào hàng ngũ cao nhất của một loại hành tinh được gọi là siêu Trái đất — những thế giới khổng lồ, có thể là đá. Chúng ta không có ví dụ nào về siêu Trái đất trong hệ mặt trời của mình, vì vậy chúng ta không thực sự biết những hành tinh như vậy như thế nào. Các nhà khoa học hành tinh vẫn đang vật lộn với các mô hình lý thuyết nhằm cố gắng mô tả các đặc tính của các thế giới siêu Trái đất. Liệu chúng có được bao bọc trong một bầu khí quyển dày đặc không? Liệu chúng có thể duy trì kiến tạo mảng không? Lực hấp dẫn bề mặt cao hơn của chúng sẽ ảnh hưởng đến quá trình tiến hóa của sự sống như thế nào? Câu trả lời chắc chắn cho những câu hỏi này vẫn chưa được đưa ra.
Trong khi đó, quỹ đạo của hành tinh này ít nhất cũng có thể nói là bất thường. Nó có hình elip cao, với độ lệch tâm là 0,44. Để so sánh, quỹ đạo của Trái Đất có độ lệch tâm là 0,0167 và do đó gần với hình tròn; ở cực đối diện, độ lệch tâm quỹ đạo là 1 sẽ là parabol. Quỹ đạo của Kepler-7825c có hình bầu dục, nghĩa là tại một số điểm trên quỹ đạo của nó, nó gần với ngôi sao của nó hơn nhiều so với những thời điểm khác. Mặc dù nhìn chung Kepler-725c nhận được lượng nhiệt từ ngôi sao của nó gấp 1,4 lần so với Trái Đất nhận được từ Mặt trời, nhưng đây chỉ là mức trung bình trong suốt quá trình quỹ đạo của nó và đôi khi nó nhận được ít hơn.
Nếu Kepler-725c có bầu khí quyển thì sự khác biệt về nhiệt lượng mặt trời tại các thời điểm khác nhau trên quỹ đạo của nó có thể gây ra sự tàn phá đối với khí hậu của nó. Trên thực tế, độ lệch tâm quỹ đạo cao thực sự có nghĩa là ngoại hành tinh chỉ dành một phần quỹ đạo của nó trong vùng có thể ở được, đây là vùng tròn xung quanh ngôi sao ở khoảng cách mà nhiệt độ thích hợp cho nước lỏng trên bề mặt hành tinh.
Các bài viết liên quan:
— Ngoại hành tinh: Mọi thứ bạn cần biết về thế giới bên ngoài hệ mặt trời của chúng ta
— Các nhà khoa học phát hiện ra các ngoại hành tinh siêu Trái Đất phổ biến hơn trong vũ trụ so với chúng ta nghĩ
— Ngoại hành tinh K2-18b có chứa sự sống ngoài hành tinh hay không? Đây là lý do tại sao cuộc tranh luận vẫn tiếp diễn
Điều này có nghĩa là Kepler-725c chỉ có thể sinh sống được trong một phần của năm 207,5 ngày Trái Đất của nó không? Điều gì sẽ xảy ra với bất kỳ sự sống nào có thể tồn tại trên hành tinh này trong những khoảng thời gian nằm ngoài vùng có thể sinh sống? Một lần nữa, đây là những vấn đề lý thuyết mà các nhà khoa học đã vật lộn, nhưng giờ đây sự tồn tại của Kepler-725c đột nhiên khiến chúng trở thành những vấn đề rất thực tế. Tuy nhiên, vì chúng ta không nhìn thấy quá cảnh Kepler-725c, nên sẽ không thể thăm dò bầu khí quyển của nó bằng Kính viễn vọng không gian James Webb, kính này sử dụng ánh sáng mặt trời được lọc qua bầu khí quyển của một hành tinh để đưa ra các suy luận về đặc tính và thành phần của bầu khí quyển đó.
May mắn thay, có thể có nhiều thế giới như vậy ngoài kia để nghiên cứu. Người ta hy vọng rằng khi tàu vũ trụ PLATO (PLAnetary Transits and Oscillations of stars) của Cơ quan Vũ trụ Châu Âu phóng vào năm 2026 với tư cách là sứ mệnh phát hiện ngoại hành tinh nhạy nhất của chúng ta cho đến nay, nó sẽ có thể tìm thấy nhiều thế giới hơn nữa thông qua TTV. Và, không giống như các phép đo vận tốc xuyên tâm và quá cảnh, có xu hướng thiên về việc tìm kiếm các ngoại hành tinh chu kỳ ngắn, TTV mở ra một cửa sổ hướng đến các hành tinh trên quỹ đạo rộng hơn mà không thấy quá cảnh.
"[Khám phá về Kepler-725c] chứng minh tiềm năng của kỹ thuật TTV trong việc phát hiện các hành tinh có khối lượng thấp trong vùng có thể ở được của các ngôi sao giống như mặt trời", Sun cho biết.
Bằng cách đó, phương pháp TTV sẽ giúp thúc đẩy việc tìm kiếm sự sống trong vũ trụ, nếu chỉ cung cấp thêm số liệu thống kê về số lượng các hành tinh trong vùng có thể ở được ngoài kia.
Phát hiện về Kepler-725c đã được báo cáo vào thứ Ba (ngày 3 tháng 6) trên tạp chí Thiên văn học thiên nhiên.
