Hành trình Khoa học, Không gian và Thời gian!
Các quan sát chi tiết mới cho thấy một ngoại hành tinh trẻ quay quanh một ngôi sao trẻ trong quần tinh Hyades dày đặc một cách bất thường so với kích thước và tuổi của nó. Nặng 25 lần khối lượng Trái đất và nhỏ hơn một chút so với Sao Hải Vương, sự tồn tại của hành tinh này trái ngược với dự đoán của các lý thuyết hình thành hành tinh hàng đầu.
Các quan sát chi tiết mới với các cơ sở NOIRLab của NSF cho thấy một ngoại hành tinh trẻ, quay quanh một ngôi sao trẻ trong quần tinh Hyades, dày đặc bất thường so với kích thước và tuổi của nó. Nặng 25 lần khối lượng Trái đất và nhỏ hơn một chút so với Sao Hải Vương, sự tồn tại của hành tinh này trái ngược với dự đoán của các lý thuyết hình thành hành tinh hàng đầu.
Những quan sát mới về ngoại hành tinh được gọi là K2-25b, được thực hiện bằng Kính viễn vọng WIYN 0,9 mét tại Đài quan sát quốc gia Kitt Peak (KPNO), một chương trình của NOIRLab của NSF, Kính viễn vọng Hobby-Eberly tại Đài quan sát McDonald và các cơ sở khác, đặt ra những câu hỏi mới về các lý thuyết hiện tại về sự hình thành hành tinh [1]. Ngoại hành tinh đã được phát hiện là dày đặc bất thường so với kích thước và độ tuổi của nó – đặt ra câu hỏi về việc làm thế nào nó tồn tại. Chi tiết về những phát hiện xuất hiện trên Tạp chí Thiên văn (The Astronomical Journal).
Nhỏ hơn một chút so với Sao Hải Vương, K2-25b quay quanh một ngôi sao lùn M – loại sao phổ biến nhất trong thiên hà – trong 3,5 ngày. Hệ hành tinh là một thành viên của cụm sao Hyades, một cụm sao trẻ gần đó theo hướng của chòm sao Kim Ngưu. Hệ thống này có niên đại khoảng 600 triệu năm tuổi và nằm cách Trái đất khoảng 150 năm ánh sáng.
Các hành tinh có kích thước nằm giữa Trái đất và Hải Vương tinh là bạn đồng hành chung của các ngôi sao trong Dải Ngân hà, mặc dù thực tế là không có hành tinh nào như vậy được tìm thấy trong Hệ Mặt trời của chúng ta. Tìm hiểu cách các hành tinh “phụ sao Hải Vương” này hình thành và phát triển là một câu hỏi thường gặp trong các nghiên cứu về hành tinh ngoài hành tinh.
Các nhà thiên văn dự đoán rằng các hành tinh khổng lồ hình thành bằng cách đầu tiên tập hợp một lõi băng đá khiêm tốn có khối lượng gấp 5-10 lần khối lượng Trái đất và sau đó tự đưa mình vào một lớp khí khổng lồ gấp hàng trăm lần khối lượng Trái đất. Kết quả là tạo ra một khí khổng lồ giống như Sao Mộc. K2-25b phá vỡ tất cả các quy tắc của bức tranh thông thường này: với khối lượng gấp 25 lần Trái đất và kích thước khiêm tốn, K2-25b gần như là tất cả lõi và rất ít vỏ khí. Những đặc tính kỳ lạ này đặt ra hai câu hỏi cho các nhà thiên văn học. Đầu tiên, làm thế nào mà K2-25b tập hợp một lõi lớn như vậy, gấp nhiều lần giới hạn khối lượng 5-10 Trái đất mà lý thuyết dự đoán? [2] Và thứ hai, với khối lượng lõi lớn – và do đó là lực hấp dẫn mạnh – làm thế nào nó tránh được việc tích tụ một lớp khí đáng kể?
Nhóm nghiên cứu K2-25b nhận thấy kết quả đáng ngạc nhiên. “ K2-25b là không bình thường, ” Gudmundur Stefansson, một nghiên cứu sinh sau tiến sĩ tại Đại học Princeton, người dẫn đầu nhóm nghiên cứu cho biết.
Theo Stefansson, ngoại hành tinh này có kích thước nhỏ hơn Sao Hải Vương nhưng khối lượng lớn hơn khoảng 1,5 lần. Hành tinh này dày đặc về kích thước và tuổi của nó, trái ngược với các hành tinh trẻ khác, có kích thước dưới Sao Hải Vương, có quỹ đạo gần với ngôi sao chủ của chúng. Thông thường những thế giới này được quan sát có mật độ thấp – và một số thậm chí có bầu khí quyển bay hơi kéo dài. K2-25b, với các phép đo trong tay, dường như có một lõi dày đặc, có thể là đá hoặc giàu nước, với một lớp vỏ mỏng.
Để khám phá bản chất và nguồn gốc của K2-25b, các nhà thiên văn đã xác định khối lượng và mật độ của nó. Mặc dù kích thước của ngoại hành tinh ban đầu được đo bằng vệ tinh Kepler của NASA, phép đo kích thước đã được tinh chỉnh bằng các phép đo chính xác cao từ Kính viễn vọng WIYN 0,9 mét tại KPNO và kính viễn vọng 3,5 mét tại Đài quan sát Apache Point (APO) ở New Mexico. Các quan sát được thực hiện với hai kính thiên văn này đã tận dụng một kỹ thuật đơn giản nhưng hiệu quả được phát triển như một phần trong luận án tiến sĩ của Stefansson. Kỹ thuật này sử dụng một bộ phận quang học thông minh được gọi là Bộ khuếch tán kỹ thuật, có thể được bán trên kệ với giá khoảng 500 đô la. Nó phát tán ánh sáng từ ngôi sao để bao phủ nhiều pixel hơn trên máy ảnh, cho phép đo độ sáng của ngôi sao trong quá trình di chuyển của hành tinh này chính xác hơn,
Jayadev Rajagopal, một nhà thiên văn học tại NOIRLab, người cũng tham gia nghiên cứu cho biết: “Máy khuếch tán sáng tạo cho phép chúng tôi xác định rõ hơn hình dạng của quá trình và do đó hạn chế hơn nữa kích thước, mật độ và thành phần của hành tinh.”
Với chi phí thấp, bộ khuếch tán mang lại lợi nhuận khoa học vượt trội. Rajagopal giải thích : “ Các kính thiên văn khẩu độ nhỏ hơn, khi được trang bị thiết bị hiện đại nhưng rẻ tiền, có thể là nền tảng cho các chương trình khoa học có tác động cao . Phép đo quang rất chính xác sẽ được yêu cầu để khám phá các ngôi sao và hành tinh chủ song song với các sứ mệnh không gian và khẩu độ lớn hơn từ mặt đất, và đây là minh họa về vai trò mà kính thiên văn 0,9 mét có kích thước khiêm tốn có thể thực hiện trong nỗ lực đó. “
Nhờ các quan sát với bộ khuếch tán có sẵn trên kính thiên văn WIYN 0,9 mét và APO 3,5 mét, các nhà thiên văn học giờ đây có thể dự đoán với độ chính xác cao hơn khi K2-25b sẽ đi qua ngôi sao chủ của nó. Trong khi trước đây quá trình chuyển đổi chỉ có thể được dự đoán với độ chính xác thời gian là 30 – 40 phút thì giờ đây chúng được biết đến với độ chính xác 20 giây. Cải tiến là rất quan trọng để lập kế hoạch quan sát tiếp theo với các cơ sở như Đài quan sát Gemini quốc tế và Kính viễn vọng Không gian James Webb [4].
Nhiều tác giả của nghiên cứu này cũng tham gia vào một dự án săn tìm hành tinh ngoài hành tinh khác tại KPNO: máy quang phổ NEID trên Kính thiên văn 3,5 mét WIYN. NEID cho phép các nhà thiên văn học đo chuyển động của các ngôi sao lân cận với độ chính xác cực cao – tốt hơn gần ba lần so với thế hệ dụng cụ hiện đại trước đây – cho phép họ phát hiện, xác định khối lượng và mô tả đặc điểm của các hành tinh ngoại hành tinh nhỏ như Trái đất.
Ghi chú
[1] Hành tinh ban đầu được Kepler phát hiện vào năm 2016. Các quan sát chi tiết cho nghiên cứu này được thực hiện bằng cách sử dụng Máy tìm hành tinh vùng có thể sống trên Kính viễn vọng 11 mét Hobby-Eberly tại Đài quan sát McDonald.
[2] Dự đoán từ lý thuyết là một khi các hành tinh hình thành lõi có khối lượng từ 5-10 khối lượng Trái đất, chúng bắt đầu tích tụ khí thay vào đó: không có thêm vật chất đá nào nữa.
[3] Bộ khuếch tán lần đầu tiên được sử dụng để quan sát hành tinh ngoài vào năm 2017.
[4] GHOST, trên Gemini South, sẽ được sử dụng để thực hiện quang phổ quá cảnh của các hành tinh ngoại do Kepler và TESS tìm thấy. Danh sách mục tiêu của họ bao gồm ngôi sao K2-25.
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 :