Phát hiện một hành tinh đang hình thành quanh hai ngôi sao

Các nhà thiên văn vừa tìm thấy bằng chứng cho thấy những mảnh vỡ thiên thạch quay quanh hai ngôi sao, đây là dấu hiệu rằng một hành tinh đang sắp được hình thành.

Mặc dù Trái đất chỉ có một ngôi sao mẹ đó là Mặt trời, nhưng hầu hết những ngôi sao khác có kích cỡ tương đương Mặt trời đều có một ngôi sao khác đồng hành cùng với nó và trở thành hệ sao đôi, thậm chí là các hệ ba sao hay hệ bảy sao.

Những hành tinh chuyển động quanh hệ sao đôi giống như hành tinh Tatooine trong loạt phim Star Wars, và được gọi là hoàn liên tinh hành tinh (circumbinary planet) (hoàn: quay, liên: liên kết nhiều, tinh: sao; là quay quanh nhiều sao).

Năm 2011, các nhà nghiên cứu đã khám phá ra hành tinh đầu tiên chuyển động quanh 2 ngôi sao, được gọi là Kepler-16b, hành tinh khí khổng lồ quay quanh sao Kepler-16 cách chúng ta 220 năm ánh sáng.

Cho đến nay, tất cả những hành tinh quay quanh sao đôi đều là những hành tinh khí khổng lồ như Sao Mộc, nhưng các nhà khoa học tin rằng vẫn có các hành tinh đất đá chuyển động quanh các hệ sao đôi. Và chúng ta đã có bằng chứng đầu tiên.

"Việc hình thành hành tinh đất đá quay hai ngôi sao là một chuyện rất khó và mất nhiều thời gian do nó phải chịu tác động lực hấp dẫn của cả hai ngôi sao, sự tương tác lẫn nhau khiến những mảnh đá và bụi khí khó tập trung lại để tạo thành một khối lớn và phát triển thành hành tinh", tác giả chính của nghiên cứu, nhà vật lý thiên văn Jay Farihi tại Đại học London cho biết.

Nhóm các nhà khoa học đã tìm thấy những mảnh vỡ là tàn dư của một cựu hành tinh, chuyển động quanh hệ sao đôi này. "Đây là dấu hiệu rằng sẽ có một hành tinh được tạo ra từ nơi đây. Hơn nữa, phát hiện này cũng cho thấy rằng những hành tinh đất đá có thể tồn tại sau một cái chết của các ngôi sao", đồng tác giả nghiên cứu, nhà vật lý thiên văn Boris Gänsicke từ Đại học Warwick, Anh Quốc, cho biết.

Hệ sao đôi này được gọi là SDSS 1557, nằm cách chúng ta khoảng 1.000 năm ánh sáng. Ban đầu các nhà khoa học nghĩ rằng nó là một sao lùn trắng có khối lượng gấp Mặt Trời 40 đến 90 lần nhưng đường kính tương tự Trái đất, là phần còn sót lại sau khi một ngôi sao khổng lồ bị phình nổ. Mặt trời và 90% các ngôi sao khác trong Ngân hà sẽ kết thúc cuộc đời mình và trở thành sao lùn trắng.

Phát hiện đĩa vật chất từ các mảnh vỡ đất đá chuyển động quanh một hệ sao đôi, hai ngôi sao này quay quanh nhau mỗi 2 giờ một vòng. (Ảnh: Mark Garlick/UCL).

Sử dụng Đài quan sát nam Gemini và Kính Viễn vọng Rất lớn thuộc Đài quan sát nam Châu Âu đặt ở Chile, các nhà nghiên cứu đã phân tích quang phổ của SDSS 1557. Các bước sóng khác nhau có thể cho biết được về thành phần hóa học và môi trường xung quanh nó.

Các nhà nghiên cứu nhận thấy mức hồng ngoại cao quá mức, gợi ý rằng SDSS 1557 sở hữu một đĩa các mảnh vỡ đất đá từ một hành tinh đã chết, hầu hết là silic và magie, nằm cách khoảng 1,3 triệu km so với ngôi sao. Đĩa bụi hành tinh này ước tính có khối lượng 110 tỷ tấn, những tảng đá nhỏ có đường kính vào khoảng 4km.

Nhưng qua quan sát lâu dài, đồng tác giả Steven Parsons từ Đại học Sheffield, Anh Quốc, nhận thấy ngôi sao này thường xuyên rung lắc qua lại, khiến ông xác nhận nó không chỉ là một ngôi sao, mà là một hệ sao với hai ngôi sao cùng song hành.

"Ngôi sao lùn này chuyển động với tốc độ khoảng 144.000km/giờ, đây là một vận tốc cao so với một ngôi sao đơn. Nó chỉ có thể xảy ra khi nó là một hệ gồm hai ngôi sao", ông cho biết.

"Từ quan sát này, chúng ta hiểu được về cách một hành tinh hình thành từ những mảnh vỡ nhỏ, và cách một ngoại hành tinh bằng đất đá được tạo ra trong một hệ sao đôi", Gänsicke nói thêm.

Các nhà nghiên cứu dự đoán lịch sử đầy sóng gió của hệ sao này. Họ cho rằng có lẽ trong quá khứ, cả hai ngôi sao nằm cách xa nhau hơn so với hiện nay. Tuy nhiên, khi một trong hai ngôi sao đốt cháy hết nhiên liệu của mình, nó bắt đầu phình to ra khiến trở nên gần gũi hơn so với ngôi sao còn lại.

"Giờ đây, cả hai ngôi sao cách nhau 482.000km. Khoảng cách này không lớn hơn là bao so với khoảng cách giữa Trái đất và Mặt trăng. Khoảng cách này cho thấy một trong hai ngôi sao đã sống sót qua cái chết của ngôi sao còn lại và trở thành tàn dư sao", Gänsicke cho biết thêm.

Tuy phát hiện này cho thấy một hành tinh mới sẽ được tạo ra, nhưng việc theo dõi quá trình tạo nên hành tinh này sẽ rất khó.

"Phương pháp thông thường để tìm kiếm ngoại hành tinh là quan sát sự chuyển động vượt qua phía trước của hành tinh đó so với ngôi sao chủ, điều này khiến độ sáng của ngôi sao chủ bị giảm đi do bị hành tinh che khuất một phần ánh sáng. Nhưng cách này không thể áp dụng được do sao lùn trắng vốn dĩ đã rất mờ nhạt", Gänsicke cho biết.

Tuy không tìm được gì nhiều trong hệ sao này, nhưng chúng ta vẫn có được những hiểu biết mới về việc một hành tinh có thể phát triển trong hệ sao đôi. Trong tương lai, các nhà khoa học sẽ sử dụng Kính Viễn vọng Không gian Hubble để phân tích ánh sáng cực tím để xác định các thành phần hóa học có trong những mảnh vỡ nhỏ nằm quanh ngôi sao.

Và vào năm tới, khi Kính Viễn vọng Không gian James Webb được phóng lên, đi vào hoạt động, chúng ta thậm chí có thể phân tích được thành phần hóa học chi tiết và kích thước cụ thể của những mảnh đất đá vỡ này.

Phát hiện này để lại nhiều câu hỏi cho chúng ta. Làm thế nào những mảnh vỡ tạo nên hành tinh lại nằm gần sao đôi? Làm thế nào sự phát triển tạo hành tinh có thể xảy ra? Làm thế nào những mảnh vỡ có thể xác định được vị trí của nó?