Hành tinh giống sao Mộc này đã sống sót sau ngôi sao của nó suy yếu — và nó có thể cung cấp gợi ý cho Hệ Mặt Trời của chúng ta

Hệ Mặt Trời sẽ chết như thế nào? Đó là một câu hỏi cực kỳ quan trọng mà các nhà nghiên cứu đã đặt ra rất nhiều, sử dụng kiến ​​thức vật lý của chúng ta để tạo ra các mô hình lý thuyết phức tạp. Chúng ta biết rằng Mặt Trời cuối cùng sẽ trở thành một “ngôi sao lùn trắng”, một phần còn lại của ngôi sao đã cháy mà ánh sáng mờ dần thành bóng tối. Quá trình biến đổi này sẽ bao gồm một quá trình bạo lực sẽ phá hủy một số không biết bao nhiêu hành tinh của nó.

Vậy những hành tinh nào sẽ sống sót sau cái chết của Mặt Trời? Một cách để tìm câu trả lời là nhìn vào số phận của các hệ thống hành tinh tương tự khác. Tuy nhiên, điều này đã chứng minh là khó khăn. Bức xạ yếu ớt từ ngôi sao lùn trắng làm cho việc phát hiện các hành tinh ngoại hành tinh (hành tinh quanh các ngôi sao khác ngoài Mặt Trời của chúng ta) đã sống sót sau biến đổi sao này trở nên khó khăn — chúng thực sự ở trong bóng tối.

Trên thực tế, trong hơn 4.500 hành tinh ngoại hành tinh được biết đến hiện nay, chỉ có một số ít được tìm thấy quanh ngôi sao lùn trắng — và vị trí của những hành tinh này gợi ý rằng chúng đã đến đó sau cái chết của ngôi sao.

Sự thiếu dữ liệu này vẽ nên một bức tranh không đầy đủ về số phận của hành tinh của chúng ta. May mắn thay, chúng ta đang điền vào những khoảng trống. Trong bài báo mới của chúng tôi, được xuất bản trên tạp chí Nature, chúng tôi báo cáo về việc phát hiện hành tinh ngoại hành tinh đầu tiên được biết đến sống sót sau cái chết của ngôi sao mà không bị sự thay đổi quỹ đạo bởi các hành tinh khác di chuyển xung quanh — quỹ đạo xung quanh một khoảng cách tương tự như giữa Mặt Trời và các hành tinh trong Hệ Mặt Trời.

Một hành tinh giống sao Mộc

Hành tinh ngoại hành tinh mới này, mà chúng tôi phát hiện với Viện thiên văn Keck tại Hawaii, có đặc điểm tương tự với Sao Mộc về cả khối lượng và khoảng cách quỹ đạo và cung cấp cho chúng ta một bức tranh quan trọng về những hành tinh sống sót xung quanh những ngôi sao sắp chết. Quá trình biến đổi của một ngôi sao thành một ngôi sao trắng liên quan đến một giai đoạn bạo lực trong đó nó trở thành một “giant branch” (ngôi sao “nhánh khổng lồ”) phồng lên, còn được gọi là một “red giant”, lớn gấp hàng trăm lần so với trước đó. Chúng tôi tin rằng hành tinh ngoại hành tinh này chỉ mới sống sót: nếu ban đầu nó gần hơn với ngôi sao cha mẹ của nó, nó đã bị nuốt chửng bởi sự mở rộng của ngôi sao.

Khi Mặt Trời cuối cùng trở thành một ngôi sao đỏ, bán kính của nó thực sự sẽ mở ra đến quỹ đạo hiện tại của Trái Đất. Điều đó có nghĩa là Mặt Trời sẽ (có thể) nuốt chửng sao Thủy và sao Kim, và có thể là Trái Đất - nhưng chúng ta không chắc chắn.

Sao Mộc, và các mặt trăng của nó, đã được dự kiến sẽ sống sót, mặc dù trước đó chúng ta không chắc chắn. Nhưng với việc chúng tôi phát hiện ra hành tinh ngoại hành tinh mới này, chúng ta có thể bây giờ có thể chắc chắn hơn rằng Sao Mộc thực sự sẽ qua khỏi. Hơn nữa, sai số trong vị trí của hành tinh ngoại hành tinh này có thể ngụ ý rằng nó gần một nửa khoảng cách so với ngôi sao trắng so với Sao Mộc hiện tại đối với Mặt Trời. Nếu vậy, đó là bằng chứng bổ sung cho việc giả định rằng Sao Mộc, và Sao Hỏa, sẽ qua khỏi.

Vậy liệu bất kỳ sự sống nào có thể sống sót qua quá trình biến đổi này không? Một ngôi sao trắng có thể cung cấp năng lượng cho sự sống trên mặt trăng hoặc hành tinh mà cuối cùng sẽ rất gần với nó (khoảng một phần mười khoảng cách giữa Mặt Trời và sao Thủy) trong vài tỷ năm đầu tiên. Sau đó, sẽ không có đủ bức xạ để duy trì bất cứ điều gì.

Asteroids và ngôi sao trắng

Mặc dù việc tìm các hành tinh quay quanh ngôi sao trắng đã khó khăn, những gì dễ dàng hơn để phát hiện là các hành tinh hỏa thiên tan rã gần bề mặt của ngôi sao trắng. Đối với hành tinh ngoại hành tinh để lại gần ngôi sao trắng, chúng cần có đủ động lượng được chuyển giao từ các hành tinh ngoại hành tinh sống sót. Do đó, việc tìm thấy các hành tinh hỏa thiên đã lâu được cho là bằng chứng cho việc các hành tinh ngoại hành tinh cũng có mặt.

Khám phá của chúng tôi cuối cùng đã xác nhận điều này. Mặc dù trong hệ thống được thảo luận trong bài báo, công nghệ hiện tại không cho phép chúng ta nhìn thấy bất kỳ hành tinh hỏa thiên nào, ít nhất bây giờ chúng ta có thể ghép các phần khác nhau của bức tranh về số phận hành tinh bằng cách kết hợp các bằng chứng từ các hệ thống ngôi sao trắng khác nhau.

Mối liên kết giữa hành tinh hỏa thiên và hành tinh ngoại hành tinh cũng áp dụng cho Hệ Mặt Trời của chúng ta. Các đối tượng cá thể trong dải hành tinh chính và dải Kuiper (một đĩa ở ngoại vi của Hệ Mặt Trời) có khả năng sống sót qua sự tiêu diệt của Mặt Trời, nhưng một số sẽ được di chuyển bởi trọng lực của một trong những hành tinh sống sót về phía bề mặt ngôi sao trắng.

Triển vọng phát hiện trong tương lai

Hành tinh ngoại hành tinh mới của ngôi sao trắng được tìm thấy bằng phương pháp phát hiện microlensing. Phương pháp này quan sát cách ánh sáng uốn cong do một lực trường trọng lực mạnh, diễn ra khi một ngôi sao tạm thời trùng với một ngôi sao xa hơn, nhìn từ Trái Đất.

Trọng lực từ ngôi sao nền phóng to ánh sáng từ ngôi sao phía sau nó. Bất kỳ hành tinh quay quanh ngôi sao nền đều làm cong và biến dạng ánh sáng phóng to này, đó là cách chúng ta có thể phát hiện chúng. Ngôi sao trắng chúng tôi nghiên cứu cách xa một phần tư đường về trung tâm của dải Ngân Hà, khoảng 6,500 năm ánh sáng so với Hệ Mặt Trời của chúng ta, và ngôi sao xa hơn nằm ở trung tâm của dải Ngân Hà.

Một đặc điểm chính của kỹ thuật microlensing là nó nhạy cảm với các hành tinh quay quanh ngôi sao ở khoảng cách giữa Sao Mộc và Sao Mộc. Các hành tinh khác đã được biết đến quay quanh ngôi sao trắng đã được tìm thấy bằng các kỹ thuật khác nhau nhạy cảm với các khoảng cách khác nhau giữa sao và hành tinh. Hai ví dụ liên quan đến các hành tinh đã sống sót qua quá trình biến đổi của một ngôi sao thành ngôi sao trắng và đã kết thúc gần hơn với nó so với trước. Một trong số đó được tìm thấy bằng phương pháp quang phổ chuyển đổi - một phương pháp để phát hiện các hành tinh khi chúng đi qua phía trước ngôi sao trắng, tạo ra một đợt suy giảm ánh sáng nhận được bởi Trái Đất - và cái khác được phát hiện thông qua việc phát hiện khí quyển bốc hơi của hành tinh.

Một phương pháp phát hiện khác - astrometry, mà chính xác đo lường sự di chuyển của ngôi sao trắng trên bầu trời - cũng dự kiến sẽ mang lại kết quả. Trong vài năm tới, astrometry từ nhiệm vụ Gaia dự kiến sẽ tìm thấy khoảng một tá hành tinh quay quanh ngôi sao trắng. Có lẽ những hành tinh này có thể cung cấp bằng chứng tốt hơn về cách chính xác Hệ Mặt Trời sẽ tiêu diệt.

Bài viết của Dimitri Veras, Giáo sư Đồng hành và STFC Ernest Rutherford của Vật lý Thiên văn, Đại học Warwick

Bài viết này được đăng lại từ The Conversation dưới giấy phép Creative Commons. Đọc bài viết gốc.