Hành trình Khoa học, Không gian và Thời gian!
Nghiên cứu mới đã dẫn đến phát hiện trực tiếp đầu tiên về sao lùn nâu lạnh từ phát xạ bước sóng vô tuyến của nó. Cùng với việc mở đường cho những khám phá về sao lùn nâu trong tương lai, kết quả này là một bước quan trọng hướng tới việc áp dụng thiên văn học vô tuyến vào lĩnh vực ngoại hành tinh thú vị.
Sự hợp tác giữa kính thiên văn vô tuyến ARray tần số LOw (LOFAR) ở châu Âu, kính viễn vọng Gemini North và Cơ sở kính viễn vọng hồng ngoại của NASA (IRTF), cả hai đều ở Maunakea ở Hawai’i, đã dẫn đến phát hiện trực tiếp đầu tiên về sao lùn nâu lạnh từ sự phát xạ bước sóng vô tuyến của nó. Cùng với việc mở đường cho những khám phá về sao lùn nâu trong tương lai, kết quả này là một bước quan trọng hướng tới việc áp dụng thiên văn học vô tuyến vào lĩnh vực ngoại hành tinh thú vị.
Lần đầu tiên, các nhà thiên văn học đã sử dụng các quan sát từ kính thiên văn vô tuyến LOFAR, NASA IRTF, do Đại học Hawai’i vận hành và Đài quan sát Gemini quốc tế, một Chương trình của NOIRLab của NSF, để khám phá và mô tả đặc điểm của một ngôi sao lùn nâu lạnh. Vật thể, được đặt tên là BDR J1750 + 3809, là vật thể sao đầu tiên được phát hiện thông qua quan sát vô tuyến – cho đến nay, sao lùn nâu đã được phát hiện trong các cuộc khảo sát hồng ngoại và quang học lớn. Trực tiếp khám phá những vật thể này bằng kính thiên văn vô tuyến nhạy cảm như LOFAR là một bước đột phá đáng kể vì nó chứng tỏ rằng các nhà thiên văn có thể phát hiện các vật thể quá lạnh và mờ không thể tìm thấy trong các cuộc khảo sát hồng ngoại hiện có – thậm chí có thể là những hành tinh lớn trôi nổi tự do.
Tác giả chính Harish Vedantham của ASTRON, Viện Thiên văn vô tuyến Hà Lan giải thích: “Trong phát hiện này, Gemini đặc biệt quan trọng vì nó xác định vật thể là một ngôi sao lùn nâu và cũng cho chúng tôi biết về nhiệt độ của vật thể. “Các quan sát của Gemini cho chúng tôi biết rằng vật thể này đủ lạnh để khí mêtan hình thành trong bầu khí quyển của nó – cho chúng tôi thấy rằng vật thể đó là anh em họ hàng gần của các hành tinh trong Hệ Mặt trời như Sao Mộc.”
Sao lùn nâu là các vật thể sao nằm giữa ranh giới giữa các hành tinh lớn nhất và các ngôi sao nhỏ nhất [1]. Đôi khi được mệnh danh là những ngôi sao thất bại, sao lùn nâu thiếu khối lượng để kích hoạt phản ứng tổng hợp hydro trong lõi của chúng, thay vào đó phát sáng ở bước sóng hồng ngoại với nhiệt lượng còn sót lại từ quá trình hình thành của chúng. Trong khi chúng thiếu các phản ứng nhiệt hạch giúp Mặt trời của chúng ta luôn sáng, các sao lùn nâu có thể phát ra ánh sáng ở bước sóng vô tuyến. Quá trình cơ bản cung cấp năng lượng cho bức xạ vô tuyến này rất quen thuộc, vì nó xảy ra ở hành tinh lớn nhất trong Hệ Mặt trời. Từ trường mạnh mẽ của Sao Mộc làm gia tốc các hạt mang điện như electron, từ đó tạo ra bức xạ – trong trường hợp này là sóng vô tuyến [2] và cực quang.
Thực tế là sao lùn nâu là thiết bị phát sóng vô tuyến cho phép sự hợp tác quốc tế của các nhà thiên văn đằng sau kết quả này để phát triển một chiến lược quan sát mới. Sự phát xạ vô tuyến trước đây chỉ được phát hiện từ một số ít sao lùn nâu lạnh – và chúng đã được biết đến và lập danh mục bởi các cuộc khảo sát hồng ngoại trước khi được quan sát bằng kính thiên văn vô tuyến. Nhóm nghiên cứu đã quyết định lật lại chiến lược này, sử dụng kính viễn vọng vô tuyến nhạy cảm để phát hiện ra các nguồn lạnh, mờ và sau đó thực hiện các quan sát hồng ngoại tiếp theo bằng một kính thiên văn lớn như kính viễn vọng Gemini North dài 8 mét để phân loại chúng.
Vedantham nói: “Chúng tôi tự hỏi mình:“ Tại sao lại hướng kính viễn vọng vô tuyến của chúng tôi vào những ngôi sao lùn nâu đã được phân loại? ”. “Chúng ta hãy tạo ra một hình ảnh lớn của bầu trời và khám phá những vật thể này trực tiếp trong radio.”
Sau khi tìm thấy nhiều loại ký hiệu vô tuyến kể chuyện trong các quan sát của họ, nhóm nghiên cứu phải phân biệt các nguồn thú vị tiềm năng với các thiên hà nền. Để làm như vậy, họ đã tìm kiếm một dạng ánh sáng đặc biệt phân cực tròn [3] – một đặc điểm của ánh sáng từ các ngôi sao, hành tinh và sao lùn nâu, nhưng không phải từ các thiên hà nền. Sau khi tìm thấy một nguồn vô tuyến phân cực tròn, nhóm nghiên cứu sau đó chuyển sang các kính thiên văn bao gồm Gemini North và NASA IRTF để cung cấp các phép đo cần thiết để xác định khám phá của họ.
Gemini North được trang bị nhiều loại dụng cụ hồng ngoại, một trong số đó thường được giữ sẵn sàng để quan sát khi có cơ hội thiên văn thú vị. Trong trường hợp của BDR J1750 + 3809, máy ảnh hồng ngoại chính của Gemini, Máy chụp ảnh và máy quang phổ cận hồng ngoại (NIRI), không khả dụng – vì vậy các nhà thiên văn Gemini đã thực hiện một bước bất thường khi sử dụng camera thu nhận cho Máy quang phổ hồng ngoại gần Gemini (GNIRS) ) thay thế. Nhờ sự làm việc cẩn thận và tầm nhìn xa của nhân viên Gemini, chiếc máy ảnh này đã cung cấp hình ảnh sâu, sắc nét và chính xác ở một số bước sóng hồng ngoại.
“Những quan sát này thực sự làm nổi bật tính linh hoạt của Gemini, và đặc biệt là khả năng chụp ảnh ‘lỗ khóa’ ít được sử dụng của máy quang phổ GNIRS của Gemini”, Trent Dupuy – đồng tác giả của bài nghiên cứu, nhận xét tại Đài quan sát Gemini và nhà thiên văn học Đại học Edinburgh. Các quan sát Gemini North thu được thông qua Thời gian tùy ý của Giám đốc, dành riêng cho các chương trình cần thời gian quan sát nhỏ với kết quả có khả năng tác động cao.
Martin Still thuộc Quỹ Khoa học Quốc gia (NSF) cho biết: “Quan sát này cho thấy cả tính linh hoạt và sức mạnh của Đài quan sát Gemini. “Đây là một cơ hội mà thiết kế và hoạt động của Gemini cho phép một ý tưởng sáng tạo phát triển thành một khám phá quan trọng.”
Cũng như là một kết quả thú vị theo đúng nghĩa của nó, việc phát hiện ra BDR J1750 + 3809 có thể mang đến một cái nhìn đầy thú vị về một tương lai khi các nhà thiên văn học có thể đo lường các đặc tính của từ trường ngoại hành tinh. Sao lùn nâu lạnh là những thứ gần nhất với các hành tinh ngoài hành tinh mà các nhà thiên văn học hiện có thể phát hiện bằng kính viễn vọng vô tuyến và khám phá này có thể được sử dụng để kiểm tra các lý thuyết dự đoán cường độ từ trường của các hành tinh ngoài hành tinh. Từ trường là một yếu tố quan trọng trong việc xác định các đặc tính của khí quyển và sự phát triển lâu dài của các hành tinh ngoài hành tinh.
Vedantham kết luận: “Mục tiêu cuối cùng của chúng tôi là tìm hiểu từ tính trong các hành tinh ngoài hành tinh và tác động của nó đến khả năng lưu giữ sự sống của chúng”. “Vì hiện tượng từ trường của sao lùn nâu lạnh rất giống với những gì được thấy trong các hành tinh trong Hệ Mặt trời, chúng tôi hy vọng công việc của mình sẽ cung cấp dữ liệu quan trọng để kiểm tra các mô hình lý thuyết dự đoán từ trường của các hành tinh ngoài hành tinh.”
Ghi chú
[1] Quan sát rõ ràng đầu tiên về sao lùn nâu chỉ xảy ra cho đến năm 1995, sau hơn 30 năm dự đoán trên lý thuyết. Tên của những vật thể này do nhà thiên văn học người Mỹ Jill Tarter đặt ra để liên quan đến màu sắc mong đợi của chúng.
[2] Bức xạ phát ra bởi gia tốc của các hạt mang điện trong từ trường được gọi là bức xạ cyclotron. Tên gọi này xuất phát từ cyclotron, một loại máy gia tốc hạt thời kỳ đầu.
[3] Ánh sáng phân cực tròn cũng được sử dụng để tạo phim 3D.
Nguồn truyện:
Tài liệu do Hiệp hội các trường đại học nghiên cứu về thiên văn học (AURA) cung cấp . Lưu ý: Nội dung có thể được chỉnh sửa về kiểu dáng và độ dài.
Tham khảo Tạp chí :