Quỹ Đạo Phi Thường của Thế Giới Mới Chỉ Đến Hành Tinh Chín

Vào đầu năm 2016, hai nhà thiên văn học tuyên bố rằng có một hành tinh ma ám đang ẩn mình trong các tầng sâu của hệ mặt trời, xa hơn nhiều so với quỹ đạo của sao Diêm Vương. Tuyên bố của họ, được đưa ra dựa trên quỹ đạo kỳ lạ của các hành tinh băng giá xa xôi, nhanh chóng gây ra cuộc đua để tìm ra hành tinh thứ chín này - một hành tinh được ước tính có khoảng 10 lần khối lượng của Trái Đất. “Nó có sức hút thực sự,” Gregory Laughlin, một nhà thiên văn học tại Đại học Yale, nói. “Ý nghĩa khoa học của việc phát hiện một hành tinh có khối lượng bằng 10 lần Trái Đất trong hệ mặt trời của chúng ta sẽ là một phát hiện có quy mô khoa học không tưởng.”

Bây giờ, những nhà thiên văn học đang báo cáo rằng họ đã nhận ra một thế giới xa xôi khác - có thể lớn như một hành tinh lùn - có quỹ đạo kỳ lạ đến mức có lẽ đã được hướng dẫn bởi Hành Tinh Chín. Vật thể này xác nhận một dự đoán cụ thể của Konstantin Batygin và Michael Brown, những nhà thiên văn học tại Viện Công nghệ California, người đầu tiên lập luận về sự tồn tại của Hành Tinh Chín. “Điều này không phải là bằng chứng cho việc Hành Tinh Chín tồn tại,” David Gerdes, một nhà thiên văn học tại Đại học Michigan và một trong số các tác giả của nghiên cứu mới, nói. “Nhưng tôi có thể nói rằng sự hiện diện của một vật thể như vậy trong hệ mặt trời của chúng ta làm tăng cường lập luận cho Hành Tinh Chín.”

Gerdes và đồng nghiệp của ông phát hiện ra vật thể mới này trong dữ liệu từ Dự Án Năng Lượng Tối, một dự án nghiên cứu về sự gia tăng tốc độ mở rộng của vũ trụ bằng cách khảo sát một khu vực nằm rất cao so với mặt phẳng của hệ mặt trời. Điều này làm cho nó trở thành một công cụ không thường để tìm kiếm các vật thể bên trong hệ mặt trời, vì chúng chủ yếu quay quanh trong mặt phẳng đó. Nhưng chính điều này làm cho vật thể mới trở nên độc đáo: Quỹ đạo của nó nghiêng 54 độ so với mặt phẳng của hệ mặt trời. Điều này là điều mà Gerdes không mong đợi thấy. Tuy nhiên, Batygin và Brown đã dự đoán được nó.

Hai năm trước, Batygin và Brown đã đưa ra lập luận về sự tồn tại của Hành Tinh Chín dựa trên quỹ đạo kỳ lạ của một số thế giới xa xôi được biết đến là đối tượng vùng Kuiper. Nhóm nhỏ này vòng ra phía cùng một góc của hệ mặt trời, một hiện tượng mà theo khả năng sẽ rất khó xảy ra một cách ngẫu nhiên. Batygin và Brown lập luận rằng một hành tinh thứ chín phải đang hướng dẫn những thế giới đó vào quỹ đạo kỳ lạ của chúng.

Hơn nữa, Batygin và Brown cũng dự đoán rằng theo thời gian, trọng lực của Hành Tinh Chín sẽ đẩy những đối tượng vùng Kuiper này ra khỏi mặt phẳng hiện tại của chúng và vào các góc quỹ đạo ngày càng cao hơn. Mặc dù nhà thiên văn học đã nhận ra một quần thể kỳ lạ của các thế giới quay quanh mặt trời theo chiều vuông góc với mặt phẳng của hệ mặt trời, họ chưa bao giờ bắt gặp một vật thể chuyển động giữa hai quần thể này. “Không có cách thực sự để đặt một vật thể trên một quỹ đạo như vậy - ngoại trừ nó chính xác như chúng tôi đã dự đoán từ Hành Tinh Chín,” Brown nói. Batygin chú ý rằng vật thể mới khớp hoàn hảo với mô hình của họ đến mức nó gần như trông giống như một trong những điểm dữ liệu trong các mô phỏng của họ. “Một lý thuyết tốt tái tạo dữ liệu - nhưng một lý thuyết xuất sắc dự đoán dữ liệu mới,” ông nói.

Dự Án Năng Lượng Tối lần đầu tiên phát hiện chứng cứ cho vật thể mới này vào cuối năm 2014. Gerdes và đồng nghiệp của ông đã dành những năm kể từ đó theo dõi quỹ đạo của nó và cố gắng hiểu nguồn gốc của nó. Trong bài báo mới, họ mô tả cách họ thực hiện nhiều mô phỏng về vật thể trong hệ mặt trời đã biết, để đồng hồ chạy tiến và lùi lại 4.5 tỷ năm mỗi lần. Không có gì có thể giải thích được làm thế nào vật thể lại rơi vào một quỹ đạo nghiêng như vậy. Đến khi họ thêm vào một hành tinh thứ chín - một hành tinh có đặc điểm hoàn toàn khớp với dự đoán của Batygin và Brown - thì quỹ đạo kỳ cục cuối cùng mới trở nên hợp lý. “Ngay sau khi bạn đặt Hành Tinh Chín vào các mô phỏng, không chỉ bạn có thể tạo ra các vật thể như vật thể này, mà bạn chắc chắn sẽ làm điều đó,” Juliette Becker, một sinh viên nghiên cứu tại Michigan và tác giả chính của bài báo mới, nói. Một tương tác mạnh mẽ và kéo dài với Hành Tinh Chín dường như là cách duy nhất để tăng cường nghiêng của vật thể, đẩy nó ra khỏi mặt phẳng của hệ mặt trời. “Không có cách khác hợp lý nào để bổ sung cho vùng Kuiper với những cơ thể có góc nghiêng cao như vậy,” Batygin nói. “Tôi nghĩ lập luận cho sự tồn tại của Hành Tinh Chín hiện nay là thực sự xuất sắc.”

Những nhà thiên văn học khác không chắc chắn bằng phần vì hệ mặt trời sớm đầu tiên vẫn còn là một bí ẩn. Các nhà khoa học nghi ngờ rằng mặt trời đã được sinh ra trong một cụm sao, có nghĩa là các hành tinh sớm có thể đã trải qua nhiều gặp gỡ gần với các sao khác, khiến chúng đi vào những quỹ đạo dường như không thể xảy ra ngày nay. Và ngay cả khi các ngôi sao tan rã, hệ mặt trời sớm có lẽ đã chứa hàng ngàn hành tinh lùn có thể đã tạo ra những động lực hấp dẫn cần thiết để đẩy 2015 BP519, như vật thể mới được gọi, vào một quỹ đạo kỳ lạ như vậy. “Đối với tôi, Hành Tinh Chín chỉ là một trong số nhiều cách mà hệ mặt trời có thể đã tiến triển,” Michele Bannister, một nhà thiên văn học tại Đại học Queen's Belfast không tham gia vào nghiên cứu, nói. “Đó chỉ là một ý kiến.” Nhưng trong lúc này đó chỉ là một ý kiến.

Tuy nhiên, khi nhà thiên văn học xem xét vũ trụ lớn hơn, ý tưởng này không hề đáng kinh ngạc. Hành tinh có khối lượng từ hai đến mười lần khối lượng của Trái Đất là vô cùng phổ biến khắp dải Ngân hà, điều này làm cho việc hệ mặt trời của chúng ta không có một hành tinh như vậy trở nên kỳ lạ. “Nếu nó không ở trong hệ mặt trời của chúng ta - nếu những rủi ro không quá lớn - tôi nghĩ rằng giả thuyết này hầu như chắc chắn sẽ đúng,” Laughlin nói. “Chỉ là sự tuyệt vời của nó làm tôi có chút nghi ngờ.” Việc phát hiện một hành tinh thứ chín trong hệ mặt trời của chúng ta sẽ là một sự biến đổi và đầy cảm hứng, ông nói. “Đó sẽ là một sự xác nhận đậm chất phương pháp khoa học, điều mà sẽ khá mới mẻ trong thời đại nơi sự thật đang bị kiện tụng.”

Chuyện gốc được tái bản với sự cho phép từ Tạp chí Quanta, một tờ xuất bản độc lập biên tập của Quỹ Simons với nhiệm vụ tăng cường sự hiểu biết của công chúng về khoa học bằng cách đưa ra các phát triển nghiên cứu và xu hướng trong toán học và các ngành khoa học vật lý và sinh học.