Ánh Sáng Bắt Đầu Một Hành Tinh Ngoại Ô Bằng Cách Làm Sáng Cảnh Cảnh Sao

Mặt trăng Io của Sao Mộc - hành tinh nhiều núi lửa nhất trong hệ mặt trời - đã truyền cảm hứng cho một phương pháp mới để tìm kiếm các hành tinh ngoại ô xa xôi. Khi mặt trăng xoay quanh Sao Mộc, nó kéo lực từ trường của hành tinh, tạo ra các đèn chớp sáng rực rỡ trong khí quyển của Sao Mộc. Ngay cả khi chúng ta không thể nhìn thấy chính Io, những đèn chớp to lớn, nhấp nhô theo nhịp của một cơ thể xoay ẩn, sẽ nói cho chúng ta biết rằng có điều gì đó ở đó.

Các nhà thiên văn học từ lâu đã nghi ngờ rằng một quy trình tương tự có thể đang diễn ra với các hành tinh xa xôi và các ngôi sao mà chúng quay quanh. Bây giờ, lần đầu tiên, các nhà thiên văn học cho biết họ đã phát hiện một hành tinh ngoại ô bằng cách lập bản đồ các đèn chớp của ngôi sao mà nó quay quanh, mở ra một chương mới trong hành trình tìm kiếm vũ trụ của các thế giới vô hình.

Trong nghiên cứu mới, công bố ngày hôm qua trên tạp chí Nature Astronomy, nhóm nghiên cứu đã sử dụng một bộ sưu tập khoảng 20,000 anten radio nhỏ trải rộng khắp châu Âu để phát hiện các tia sáng đặc trưng của ngôi sao. Họ kết luận rằng những tia sáng này chỉ có thể được tạo ra bởi một hành tinh đá nhỏ có kích thước tương đương Trái Đất, quay quanh ngôi sao trong khoảng một đến năm ngày. Một hành tinh như vậy sẽ nằm ngay ở mép của vùng sống được của ngôi sao, nơi nhiệt độ thích hợp cho nước lỏng.

Như với nhiều phương pháp mới khác, phương pháp này hứa hẹn sẽ đưa đến nhiều khám phá hơn nữa. 'Điều này có thể là cách khám phá ra nhiều hành tinh ngoại hành hơn so với các phương pháp truyền thống', Jonathan Nichols, một nhà thiên văn học tại Đại học Leicester, người không liên quan đến nghiên cứu, nói. 'Điều này có thể là cách nghiên cứu các hệ thống mà chúng ta thường thấy khó quan sát.'

Bức tranh mới mở ra nhờ vào một hiểu biết khá gần gũi với chúng ta. Xung quanh Sao Mộc, các phun trào của Io phát ra khí dày đặc chứa các hạt mang điện tích. Khi mặt trăng xoay quanh hành tinh chủ, khí mang điện tích này lướt qua các đường lực từ trường của Sao Mộc 'như việc nhấn dây đàn guitar,' như Nichols mô tả, người nghiên cứu về các trường từ không gian. Những sóng được tạo ra bởi những lần nhấn này truyền lên qua các đường lực từ trường và vào hành tinh, nơi chúng phát ra các đợt sóng radio tỏa ra và rời đi khi mặt trăng quay quanh Sao Mộc.

Các tác giả của bài báo mới nghi ngờ họ đang thấy một hiện tượng tương tự—nhưng lần này là một hành tinh nhấn dây từ trường của một ngôi sao.

Nhóm bắt đầu bằng cách phân tích bản đồ bầu trời được tạo ra bởi Low Frequency Array, hay LOFAR, một bộ sưu tập anten radio nhỏ có thể hoạt động như một đĩa khổng lồ rộng 1,500 km. LOFAR đã quét bầu trời suốt một thập kỷ; trong thời gian này, nó đã tích luỹ đủ dữ liệu để nhìn thấy các đối tượng mờ hơn bất kỳ cuộc khảo sát radio trước đó nhiều.

'Bạn thường tìm thấy những điều mới khi bạn đi sâu vào,' nói Harish Vedantham, một nhà thiên văn học tại Viện Radio Thiên văn Hà Lan và tác giả chính của bài báo mới.

Vedantham và đội của ông đã lập bản đồ cho tất cả các sóng radio được phát hiện bởi LOFAR. Sau đó, họ đặt bản đồ này lên một bản đồ khác—là bản đồ của các ngôi sao trong Dải Ngân Hà, được tạo ra bởi kính thiên văn Gaia. Sau đó, họ tách ra các nguồn phát từ các ngôi sao thay vì các đối tượng xa xôi như các thiên hà.

Trong quá trình làm như vậy, họ phát hiện ra GJ 1151, một ngôi sao nhạt có sóng phát ra kéo dài đáng kinh ngạc. GJ 1151 thuộc loại sao M dwarfs, những ngôi sao nhỏ, tối, và rất phổ biến; chúng chiếm khoảng 70% số ngôi sao trong Dải Ngân Hà. Sao M dwarfs thường có hoạt động từ tính rất cao. Nhiều ngôi sao quay nhanh, đôi khi quay hết vòng trong chỉ vài giờ. Sự quay này có thể tạo ra những tia sáng.

Nhưng GJ 1151 lại là một ngôi sao yên tĩnh, ít có kịch bản hơn so với các người anh em của nó. Và hoạt động radio sáng mắt mà đội của Vedantham quan sát kéo dài ít nhất tám giờ—tổng thời gian quan sát của họ. Một tia sáng kéo dài như vậy không thể xuất phát từ bên trong chính ngôi sao.

Tia sáng radio có một đặc tính lạ thêm nữa. Ánh sáng của nó dường như được tạo ra bởi các electron đang di chuyển theo vòng tròn. Điều này không phải là điều dự kiến cho một tia sáng mặt trời bình thường. Tuy nhiên, điều này có ý nghĩa nếu những đợt sóng đến từ các hạt mang điện tích của một hành tinh xoay qua đường từ trường của ngôi sao.

Do đó, nhóm nghiên cứu kết luận rằng nguồn sóng radio mạnh là một hành tinh ẩn có kích thước như Trái Đất. “Tôi nghĩ nhóm này đã làm một công việc rất xuất sắc khi thông qua phương pháp loại trừ, họ rút ra được kịch bản giải thích tốt nhất có thể là một hành tinh quay quanh,” Gregg Hallinan, một nhà thiên văn học tại Viện Công nghệ California, người không tham gia vào nghiên cứu, nói.

Tuy nhiên, không phải ai cũng hoàn toàn tin tưởng. Evgenya Shkolnik, một nhà thiên văn học nghiên cứu về tương tác giữa sao và hành tinh tại Đại học Arizona, lưu ý rằng không có nhiều nghiên cứu về các ngôi sao loại M dwarfs ở tần số thấp được LOFAR đặt ra. “Thực tế là chúng ta không biết ngôi sao đang làm gì ở những tần số này, trên những thời lượng như vậy,” cô nói. “Đúng, điều này làm cho nó khó tin rằng đó sẽ là một đợt sóng tỏa nhanh thông thường, nhưng điều đó không có nghĩa là nó không thể là một đợt sóng siêu nhanh đặc biệt hiếm.”

Có một vài cách có thể xác nhận rằng đợt sáng này đến từ một hành tinh ngoại hành. Nghiên cứu viên có thể tiếp tục theo dõi sóng radio của GJ 1151. Nếu họ phát hiện ba hoặc bốn đợt sóng khác nhau xảy ra theo định kỳ—có thể một đợt sóng cho mỗi vòng quay của hành tinh—đó sẽ là “tiêu chuẩn vàng,” theo Hallinan nói.

Hoặc họ có thể sử dụng một trong những phương pháp săn hành tinh đã được thiết lập, tuy nhiên mỗi phương pháp đều có nhược điểm. Phương pháp tốc độ tuyến tính theo dõi sự ảnh hưởng của một hành tinh đối với ngôi sao chủ của nó, nhưng kỹ thuật này hoạt động tốt nhất với những hành tinh có kích thước lớn như Sao Mộc. Hoặc, phương pháp chuyển quỹ đạo theo dõi sự giảm sáng của ngôi sao khi một hành tinh đi qua giữa ngôi sao và Trái Đất. Trong trường hợp này, hành tinh và ngôi sao phải nằm trên cùng một đường thẳng với tuyến nhìn của chúng ta, và ước lượng cho thấy rằng dưới 1% số hành tinh có định hình hoàn hảo như vậy.

Cho đến nay, xác nhận từ những phương pháp bổ sung này vẫn khó khăn. Trong một bài báo liên quan, công bố ngày hôm qua trên The Astrophysical Journal Letters, Vedantham và đồng nghiệp báo cáo rằng họ không thể tìm thấy bất kỳ hành tinh nào quay quanh GJ 1151 bằng phương pháp tốc độ tuyến tính với một thiết bị săn hành tinh đặc biệt ở Quần đảo Canary. Kết quả cho thấy rằng bất kỳ hành tinh nào đó phải nhỏ hơn năm lần khối lượng của Trái Đất.

Dự án săn hành tinh khác, Carmenes, đã nghiên cứu hơn 300 ngôi sao loại M dwarfs, trong đó có GJ 1151. Carmenes nên nhạy cảm với cả thế giới nhỏ hơn, nhưng cuộc khảo sát vẫn chưa hoàn thành. Vedantham nói rằng ngay cả khi Carmenes không phát hiện hành tinh quay quanh GJ 1151, điều đó chỉ là đặt một giới hạn thấp hơn về khối lượng có thể.

Nhược điểm của những phương pháp khác nhau này cho thấy tại sao một phương pháp hoàn toàn mới để tìm kiếm các hành tinh ngoại hành lại được chào đón. Hành tinh Trái Đất phổ biến hơn quanh ngôi sao loại M dwarfs so với quanh những hành tinh khí lớn, điều này cho thấy LOFAR có thể tìm thấy nhiều tương tác giữa hành tinh và ngôi sao hơn.

“Bạn không cần bất kỳ thiết bị đặc biệt nào,” Vedantham nói. “Nên sẽ còn nhiều hơn như thế này.”

Ông ước lượng rằng LOFAR sẽ phát hiện từ vài chục đến hàng trăm hành tinh bổ sung. Và dự án sắp tới, Square Kilometer Array, một dự án quái vật với hàng ngàn kính thiên văn phát radio trải rộng trên hai lục địa, có thể sẽ có khả năng nghiên cứu ở tần số thấp hơn, giúp nó tìm thấy nhiều hành tinh hơn.

“Tôi sẽ không ngạc nhiên nếu [nó tìm thấy] từ hàng trăm đến hàng nghìn khi nó hoạt động với độ nhạy đầy đủ,” Vedantham nói. “Bầu trời đầy những điều mới mẻ và thú vị nếu bạn nhạy cảm với nó.”

Bài viết gốc được tái bản với sự cho phép từ Quanta Magazine, một tờ báo độc lập về biên tập thuộc Quỹ Simons, nhiệm vụ của họ là nâng cao sự hiểu biết của công chúng về khoa học bằng cách đưa tin về các phát triển và xu hướng nghiên cứu trong toán học, khoa học vật lý và khoa học tự nhiên.

• Wikipedia is the last best place on the internet
• Do fans of cartoon porn stars hate (real) women?
• Want to fight climate change? Stop believing these myths
• Michael Bloomberg, the original tech bro
• Uber changes its rules, and drivers adjust their strategies
• 👁 The secret history of facial recognition. Plus, the latest news on AI
• 📱 Torn between the latest phones? Never fear—check out our iPhone buying guide and [favorite Android phones](https://mytour.com/gallery/best-android-phones/?itm_campaign=BottomRelatedStories