Hành trình Khoa học, Không gian và Thời gian!
Một cuộc khảo sát với 300 ngôi sao trong việc tìm kiếm các ngoại hành tinh cho thấy những hành tinh khí khổng lồ giống như sao Mộc được tìm thấy ngay tại nơi sao Mộc nằm trong hệ mặt trời của chúng ta.
Khi các hành tinh hình thành trong khí xoáy và bụi xung quanh các ngôi sao trẻ thì dường như có một điểm ngọt ngào, nơi hầu hết những hành tinh khí khổng lồ giống như sao Mộc tụ tập và tập trung quanh quỹ đạo nơi Sao Mộc đang ở trong hệ mặt trời của chúng ta ngày nay.
Vị trí của điểm ngọt ngào này là từ 3 đến 10 lần khoảng cách Trái đất nằm từ mặt trời của chúng ta (3-10 đơn vị thiên văn, hay AU). Sao Mộc là 5,2 AU từ mặt trời của chúng ta.
Đó chỉ là một trong những kết luận của một phân tích chưa từng có về 300 ngôi sao được chụp bởi Gemini Planet Imager (GPI – một máy dò hồng ngoại nhạy cảm được gắn trên kính viễn vọng Gemini South 8 mét ở Chile).
Khảo sát Exoplanet GPI (hoặc GPIES) là một trong hai dự án lớn tìm kiếm ngoại hành tinh trực tiếp bằng cách chặn ánh sáng của các ngôi sao và tự chụp ảnh các hành tinh thay vì tìm kiếm sự rung chuyển trong ngôi sao (phương pháp vận tốc xuyên tâm) hoặc cho các hành tinh băng qua trước ngôi sao (kỹ thuật vận chuyển). Máy ảnh GPI rất nhạy cảm với sức nóng tỏa ra từ các hành tinh và sao lùn nâu hình thành gần đây, chúng nặng hơn các hành tinh khí khổng lồ nhưng vẫn quá nhỏ để đốt cháy nhiệt hạch và trở thành sao.
Phân tích của 300 trong số hơn 500 ngôi sao đầu tiên được GPIES khảo sát được công bố ngày 12 tháng 6 trên Tạp chí Thiên văn học “là một cột mốc quan trọng”. Bây giờ chúng ta đã có số liệu thống kê tuyệt vời về tần suất xuất hiện của các hành tinh, phân bố khối lượng của chúng và tính được chúng cách các ngôi sao của chúng bao xa. Đó là phân tích toàn diện nhất các nhà khoa học thấy được trong lĩnh vực này.
Nghiên cứu bổ sung cho các khảo sát ngoại hành tinh trước đó bằng cách đếm các hành tinh trong khoảng từ 10 đến 100 AU, một phạm vi trong đó khảo sát quá cảnh của Kính viễn vọng Không gian Kepler và quan sát vận tốc xuyên tâm không có khả năng phát hiện các hành tinh. Nó được dẫn dắt bởi Eric Nielsen, một nhà khoa học nghiên cứu tại Viện Vật lý thiên văn và Vũ trụ học hạt Kavli tại Đại học Stanford, và có sự tham gia của hơn 100 nhà nghiên cứu tại 40 tổ chức trên toàn thế giới, bao gồm Đại học California, Berkeley.
Một hành tinh mới, một sao lùn nâu mới
Kể từ khi khảo sát GPIES bắt đầu năm năm trước, nhóm nghiên cứu đã chụp được sáu hành tinh và ba sao lùn nâu quay quanh 300 ngôi sao này. Nhóm nghiên cứu ước tính rằng khoảng 9% các ngôi sao khổng lồ có những người khổng lồ khí từ 5 đến 13 khối sao Mộc vượt quá khoảng cách 10 AU và ít hơn 1% có sao lùn nâu trong khoảng từ 10 đến 100 AU.
Tập dữ liệu mới cung cấp cái nhìn sâu sắc quan trọng về cách thức và nơi các vật thể khổng lồ hình thành trong các hệ thống hành tinh.
Khi bạn đi ra khỏi ngôi sao trung tâm, các hành tinh khổng lồ trở nên xuất hiên thường xuyên hơn. Khoảng 3 đến 10 AU sẽ là đỉnh điểm tỷ lệ xuất hiện. Các nhà khoa học biết rằng nó đạt đến đỉnh điểm bởi vì các cuộc khảo sát về tốc độ hướng tâm và Kepler tìm thấy sự gia tăng tỷ lệ đi từ các sao Mộc nóng rất gần ngôi sao đến sao Mộc ở một vài AU từ ngôi sao. GPI đã lấp đầy ở đầu kia từ 10 đến 100 AU và thấy tỷ lệ xuất hiện giảm xuống, các hành tinh khổng lồ thường được tìm thấy ở mức 10 hơn 100. Nếu bạn kết hợp mọi thứ lại, ta sẽ có một điểm sweet ngọt ngào cho hành tinh khổng lồ xảy ra vào khoảng 3 đến 10 AU.
Với các đài quan sát trong tương lai, đặc biệt là Kính viễn vọng Thirty-Meter và các sứ mệnh trên không gian đầy tham vọng, các nhà khoa học sẽ bắt đầu chụp ảnh các hành tinh cư trú ở vị trí ngọt ngào cho các ngôi sao giống như mặt trời.
Cuộc khảo sát ngoại hành tinh chỉ phát hiện ra một hành tinh chưa từng được biết đến trước đây là 51 Eridani b gần gấp ba lần khối lượng Sao Mộc và một sao lùn nâu chưa được biết đến trước đó là HR 2562 B nặng khoảng 26 khối sao Mộc. Không có hành tinh khổng lồ nào được chụp ảnh xung quanh các ngôi sao giống như mặt trời. Thay vào đó, các hành tinh khí khổng lồ chỉ được phát hiện xung quanh các ngôi sao lớn hơn và lớn hơn ít nhất 50% so với mặt trời của chúng ta hoặc 1,5 khối lượng mặt trời.
Cho những gì chúng ta và các cuộc khảo sát khác đã thấy cho đến nay, hệ mặt trời của chúng ta không giống như các hệ mặt trời khác. Chúng ta không có nhiều hành tinh được “đóng gói” gần mặt trời như các ngôi sao của chúng và bây giờ chúng ta có bằng chứng dự kiến rằng một cách khác mà chúng ta có thể hiếm gặp là có những hành tinh sao Mộc này.
Việc các hành tinh khổng lồ phổ biến hơn xung quanh các ngôi sao lớn hơn các ngôi sao giống như mặt trời là một câu đố thú vị.
Bởi vì nhiều ngôi sao có thể nhìn thấy trên bầu trời đêm là những ngôi sao trẻ khổng lồ được gọi là Ngôi sao, điều này có nghĩa là “những ngôi sao bạn có thể nhìn thấy trên bầu trời đêm bằng mắt có nhiều khả năng có các hành tinh sao Mộc xung quanh chúng hơn những ngôi sao mờ hơn mà bạn cần một kính viễn vọng để xem. Điều đó thật tuyệt vời.
Phân tích cũng cho thấy các hành tinh khí khổng lồ và sao lùn nâu, trong khi dường như liên tục tăng khối lượng (có thể là hai quần thể riêng biệt được hình thành theo những cách khác nhau). Những hành tinh khổng lồ khí này có khối lượng gấp khoảng 13 lần sao Mộc và dường như chúng đã hình thành do sự tích tụ khí và bụi lên các vật thể nhỏ hơn từ dưới lên. Các sao lùn nâu có khối lượng từ 13 đến 80 sao Mộc hình thành như những ngôi sao do sự sụp đổ của lực hấp dẫn từ trên xuống trong cùng một đám mây khí và bụi đã sinh ra các ngôi sao.
Hình ảnh trực tiếp là tương lai
Gemini Planet Imager có thể chụp ảnh các hành tinh xung quanh các ngôi sao xa xôi nhờ vào hệ thống quang học cực kỳ thích nghi giúp phát hiện nhanh sự nhiễu loạn trong khí quyển và giảm mờ bằng cách điều chỉnh hình dạng của một chiếc gương linh hoạt. Thiết bị phát hiện sức nóng của các cơ thể vẫn phát sáng từ năng lượng bên trong của chính chúng, chẳng hạn như các ngoại hành tinh lớn từ 2 đến 13 lần khối lượng của Sao Mộc và trẻ hơn 100 triệu tuổi so với tuổi 4,6 tỷ năm của mặt trời của chúng ta. Mặc dù nó chặn hầu hết ánh sáng từ ngôi sao trung tâm và ánh sáng chói vẫn hạn chế GPI chỉ nhìn thấy các hành tinh cùng sao lùn nâu cách xa các ngôi sao mà chúng quay quanh, trong khoảng từ 10 đến 100 AU.
Nhóm nghiên cứu có kế hoạch phân tích dữ liệu về các ngôi sao còn lại trong cuộc khảo sát, hy vọng có cái nhìn sâu sắc hơn về các loại và kích cỡ phổ biến nhất của các hành tinh và sao lùn nâu.
Hình ảnh trực tiếp là cách tốt nhất để có được các hành tinh trẻ. Khi các hành tinh trẻ đang hình thành, các ngôi sao trẻ của chúng quá hoạt động và náo nhiệt vì tốc độ hướng tâm hoặc phương thức vận chuyển dễ dàng hoạt động. Nhưng với hình ảnh trực tiếp, được tận mắt nhìn thấy sẽ là một sự tin tưởng không hề nhỏ.
Các thành viên khác của nhóm UC Berkeley là các nghiên cứu sinh sau tiến sĩ Ian Czekala, Gaspard Duchêne, Thomas Esposito, Megan Ansdell và Rebecca Jensen-Clem, giáo sư thiên văn học James Graham và sinh viên đại học Jonathan Lin, Meiji Nguyen và Yilun Ma. Các thành viên khác của nhóm bao gồm Nielsen, cựu sinh viên Berkeley, Franck Marchis, cựu trợ lý nghiên cứu và Marshall Perrin, Mike Fitzgerald, Jason Wang, Eve Lee và Lea Hirsch, cựu sinh viên tốt nghiệp.
Nghiên cứu được hỗ trợ bởi Quỹ khoa học quốc gia (AST-1518332), Cơ quan hàng không vũ trụ quốc gia (NNX15AC89G) và Nexus for Exoplanet System Science (NExSS), một mạng lưới phối hợp nghiên cứu được tài trợ bởi Ban giám đốc sứ mệnh khoa học của NASA (NNX15AD95G).
Nguồn truyện:
Tài liệu được cung cấp bởi Đại học California – Berkeley . Bản gốc được viết bởi Robert Sanders. Lưu ý: Nội dung có thể được chỉnh sửa cho kiểu dáng và độ dài.
Tạp chí tham khảo :