Hành trình Khoa học, Không gian và Thời gian!
Kính viễn vọng Không gian La Mã của NASA sẽ tiến hành một cuộc khảo sát microlensing để khám phá những thế giới tương tự như các hành tinh trong hệ mặt trời của chúng ta. Giờ đây, một nghiên cứu mới cho thấy cuộc khảo sát tương tự cũng sẽ khám phá ra nhiều hành tinh cực đoan và các thiên thể giống hành tinh ở trung tâm thiên hà, nhờ lực hấp dẫn của chúng đối với các ngôi sao mà chúng quay quanh.
Khi ra mắt vào giữa những năm 2020, Kính viễn vọng Không gian La Mã Nancy Grace của NASA sẽ khám phá một loạt các chủ đề vật lý thiên văn hồng ngoại. Một cuộc khảo sát được mong đợi sẽ sử dụng một hiệu ứng hấp dẫn được gọi là microlensing để tiết lộ hàng nghìn thế giới tương tự như các hành tinh trong hệ mặt trời của chúng ta. Giờ đây, một nghiên cứu mới cho thấy cuộc khảo sát tương tự cũng sẽ khám phá ra nhiều hành tinh cực đoan và các thiên thể giống hành tinh ở trung tâm của dải Ngân hà, nhờ lực hấp dẫn của chúng đối với các ngôi sao mà chúng quay quanh.
Shota Miyazaki, một nghiên cứu sinh tại Đại học Osaka, Nhật Bản, người đứng đầu cuộc nghiên cứu cho biết: “Chúng tôi rất vui mừng khi phát hiện ra rằng Roman (La Mã) sẽ có thể cung cấp nhiều thông tin hơn nữa về các hành tinh trong thiên hà của chúng ta so với kế hoạch ban đầu. “Sẽ rất thú vị khi tìm hiểu thêm về một loạt thế giới mới, chưa được kiểm tra.”
Roman chủ yếu sẽ sử dụng phương pháp phát hiện vi mô hấp dẫn để khám phá ngoại hành tinh – những hành tinh nằm ngoài hệ mặt trời của chúng ta. Khi một vật thể khối lượng lớn, chẳng hạn như một ngôi sao, đi qua phía trước một ngôi sao xa hơn so với vị trí thuận lợi của chúng ta, ánh sáng từ ngôi sao xa hơn sẽ bị bẻ cong khi nó truyền qua không-thời gian cong quanh ngôi sao gần hơn.
Kết quả là ngôi sao gần hơn hoạt động như một thấu kính tự nhiên, phóng đại ánh sáng từ ngôi sao nền. Các hành tinh quay quanh ngôi sao thấu kính có thể tạo ra hiệu ứng tương tự ở quy mô nhỏ hơn, vì vậy các nhà thiên văn học nhằm phát hiện chúng bằng cách phân tích ánh sáng từ ngôi sao xa hơn.
Vì phương pháp này nhạy cảm với các hành tinh nhỏ như sao Hỏa với quỹ đạo đa dạng, các nhà khoa học hy vọng cuộc khảo sát microlensing của La Mã sẽ tiết lộ các chất tương tự của gần như mọi hành tinh trong hệ mặt trời của chúng ta. Miyazaki và các đồng nghiệp của ông đã chỉ ra rằng cuộc khảo sát cũng có khả năng tiết lộ nhiều thế giới kỳ lạ hơn – các hành tinh khổng lồ trong quỹ đạo nhỏ bé, được gọi là Sao Mộc nóng, và cái gọi là “các ngôi sao thất bại”, được gọi là sao lùn nâu, không đủ lớn để cung cấp năng lượng cho chính họ bằng cách hợp nhất như cách các ngôi sao làm.
Nghiên cứu mới này cho thấy rằng Roman sẽ có thể phát hiện những vật thể này quay xung quanh các ngôi sao xa hơn trong các sự kiện microlensing, ngoài việc tìm kiếm các hành tinh quay quanh các ngôi sao gần hơn (thấu kính).
Phát hiện của nhóm nghiên cứu được công bố trên Tạp chí Thiên văn (The Astronomical Journal).
Các nhà thiên văn học coi sự kiện microlensing là sự sáng lên tạm thời của ngôi sao ở xa, đạt cực đại khi các ngôi sao gần như thẳng hàng hoàn hảo. Miyazaki và nhóm của ông đã phát hiện ra rằng trong một số trường hợp, các nhà khoa học cũng có thể phát hiện ra sự biến đổi nhỏ theo chu kỳ của ánh sáng sao thấu kính gây ra bởi chuyển động của các hành tinh quay quanh ngôi sao xa hơn trong một sự kiện siêu nhỏ.
Khi một hành tinh di chuyển xung quanh ngôi sao chủ của nó, nó tạo ra một lực hấp dẫn nhỏ làm thay đổi vị trí của ngôi sao một chút. Điều này có thể kéo ngôi sao ở xa gần hơn và xa hơn so với một sự liên kết hoàn hảo. Vì ngôi sao ở gần hoạt động như một thấu kính tự nhiên, nó giống như ánh sáng của ngôi sao ở xa sẽ bị hành tinh quay quanh đó kéo vào và mất tiêu điểm một chút. Bằng cách chọn ra những rung động nhỏ trong ánh sao, các nhà thiên văn học sẽ có thể suy ra sự hiện diện của các hành tinh.
David Bennett, người đứng đầu nhóm vi mô hấp dẫn tại Trung tâm bay vũ trụ Goddard của NASA ở Greenbelt, Maryland, cho biết: “Nó được gọi là hiệu ứng xallarap, được viết là thị sai ngược lại. Thị sai dựa vào chuyển động của người quan sát – Trái đất chuyển động quanh Mặt trời – để tạo ra sự thay đổi trong sự liên kết giữa ngôi sao nguồn ở xa, ngôi sao thấu kính gần hơn và người quan sát. Xallarap hoạt động theo cách ngược lại, điều chỉnh sự liên kết do chuyển động của nguồn “.
Trong khi microlensing nói chung là phù hợp nhất để tìm kiếm các thế giới xa ngôi sao của chúng hơn là sao Kim so với Mặt trời, hiệu ứng xallarap hoạt động tốt nhất với các hành tinh rất lớn trong quỹ đạo nhỏ, vì chúng làm cho ngôi sao chủ của chúng di chuyển nhiều nhất. Tiết lộ những hành tinh xa hơn cũng sẽ cho phép chúng ta thăm dò một quần thể thế giới khác nhau.
Khai thác lõi của thiên hà
Hầu hết trong số vài trăm ngoại hành tinh đầu tiên được phát hiện trong thiên hà của chúng ta có khối lượng lớn hơn Trái đất hàng trăm lần. Không giống như các hành tinh khổng lồ trong hệ mặt trời của chúng ta, mất 12 đến 165 năm để quay quanh Mặt trời, những thế giới mới hình thành này quay xung quanh các ngôi sao chủ của chúng chỉ trong vài ngày.
Những hành tinh này, ngày nay được gọi là Sao Mộc nóng do kích thước khổng lồ của chúng và sức nóng dữ dội từ các ngôi sao chủ của chúng, không được mong đợi từ các mô hình hình thành hành tinh hiện có và buộc các nhà thiên văn phải suy nghĩ lại về chúng. Hiện nay có một số giả thuyết cố gắng giải thích tại sao các sao Mộc nóng lại tồn tại, nhưng chúng tôi vẫn không chắc cái nào – nếu có – là chính xác. Những quan sát của Roman sẽ tiết lộ những manh mối mới.
Thậm chí còn nặng hơn sao Mộc nóng, sao lùn nâu có khối lượng từ khoảng 4.000 đến 25.000 lần khối lượng Trái đất. Chúng quá nặng để được coi là hành tinh, nhưng không đủ lớn để trải qua phản ứng tổng hợp hạt nhân trong lõi của chúng như các ngôi sao.
Các nhiệm vụ săn tìm hành tinh khác chủ yếu tìm kiếm các thế giới mới tương đối gần, cách chúng ta vài nghìn năm ánh sáng. Khoảng cách gần làm cho các nghiên cứu chi tiết hơn có thể. Tuy nhiên, các nhà thiên văn học cho rằng việc nghiên cứu các thiên thể gần với lõi thiên hà của chúng ta có thể mang lại cái nhìn sâu sắc mới về cách các hệ hành tinh phát triển. Miyazaki và nhóm của ông ước tính rằng Roman sẽ tìm thấy khoảng 10 sao Mộc nóng và 30 sao lùn nâu ở gần trung tâm của thiên hà bằng cách sử dụng hiệu ứng xallarap.
Trung tâm của thiên hà chủ yếu tập trung các ngôi sao hình thành cách đây khoảng 10 tỷ năm. Nghiên cứu các hành tinh xung quanh những ngôi sao cũ như vậy có thể giúp chúng ta hiểu liệu sao Mộc nóng hình thành quá gần với các ngôi sao của chúng, hay được sinh ra ở xa hơn và di chuyển vào trong theo thời gian. Các nhà thiên văn sẽ có thể biết được liệu sao Mộc nóng có thể duy trì quỹ đạo nhỏ như vậy trong thời gian dài hay không bằng cách xem tần suất chúng được tìm thấy xung quanh các ngôi sao cổ đại.
Không giống như các ngôi sao trong đĩa thiên hà, thường đi lang thang trong Dải Ngân hà ở những khoảng cách thoải mái với nhau, các ngôi sao gần lõi được xếp gần nhau hơn nhiều. Roman có thể tiết lộ liệu có nhiều ngôi sao quá gần nhau có ảnh hưởng đến các hành tinh quay quanh hay không. Nếu một ngôi sao đi qua gần một hệ hành tinh, lực hấp dẫn của nó có thể kéo các hành tinh ra khỏi quỹ đạo thông thường của chúng.
Các siêu tân tinh cũng phổ biến hơn ở gần trung tâm của thiên hà. Những sự kiện thảm khốc này dữ dội đến mức chúng có thể tạo ra các nguyên tố mới, được phun ra khu vực xung quanh khi các ngôi sao phát nổ chết đi. Các nhà thiên văn học cho rằng điều này có thể ảnh hưởng đến sự hình thành hành tinh. Việc tìm kiếm các thế giới trong khu vực này có thể giúp chúng ta hiểu thêm về các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình xây dựng hành tinh.
Roman sẽ mở ra một cánh cửa vào quá khứ xa xôi bằng cách nhìn vào những ngôi sao và hành tinh cũ hơn. Nhiệm vụ cũng sẽ giúp chúng tôi khám phá xem liệu các sao lùn nâu có dễ hình thành gần trung tâm của thiên hà hay không khi chúng ở gần Trái đất hơn bằng cách so sánh tần suất chúng được tìm thấy trong mỗi khu vực.
Bằng cách kiểm đếm những sao Mộc và sao lùn nâu rất cũ bằng hiệu ứng xallarap và tìm ra những thế giới quen thuộc hơn bằng cách sử dụng microlensing, Roman sẽ đưa chúng ta tiến thêm một bước nữa để hiểu vị trí của chúng ta trong vũ trụ.
Samson Johnson, một nghiên cứu sinh tại Đại học Bang Ohio ở Columbus và một cộng sự, tác giả của bài báo cho biết thêm: “Chúng tôi đã tìm thấy rất nhiều hệ thống hành tinh có vẻ kỳ lạ so với hệ thống của chúng ta, nhưng vẫn không rõ chúng là những kẻ kỳ quặc hay chúng tôi là. Roman sẽ giúp chúng tôi tìm ra nó, đồng thời giúp trả lời các câu hỏi lớn khác trong vật lý thiên văn.”
Kính viễn vọng Không gian La Mã Nancy Grace được quản lý tại Trung tâm Chuyến bay Không gian Goddard của NASA ở Greenbelt, với sự tham gia của Phòng thí nghiệm Lực đẩy Phản lực của NASA và Caltech / IPAC ở Pasadena, California, Viện Khoa học quản lý Kính viễn vọng Không gian ở Baltimore và một nhóm khoa học bao gồm các nhà khoa học từ nhiều nghiên cứu khác nhau thể chế. Các đối tác công nghiệp chính là Ball Aerospace and Technologies Corporation ở Boulder, Colorado, L3Harris Technologies ở Melbourne, Florida, và Teledyne Scientific & Imaging ở Thousand Oaks, California.
Nguồn truyện:
Tài liệu do NASA / Trung tâm bay vũ trụ Goddard cung cấp . Lưu ý: Nội dung có thể được chỉnh sửa về kiểu dáng và độ dài.
Tham khảo Tạp chí :