Hành trình Khoa học, Không gian và Thời gian!
Máy ảnh hành tinh Gemini trên kính viễn vọng Gemini South đã quan sát 104 ngôi sao trẻ gần đó với 10 – 100 triệu năm tuổi, để tìm kiếm các mảnh vỡ. Nó tìm thấy 26, 25 trong số đó có các lỗ bên trong chỉ ra một hành tinh. Những mảnh vụn này tương tự như Vành đai Kuiper trong hệ mặt trời của chúng ta thể hiện sự đa dạng đáng kinh ngạc về kích thước và khoảng cách từ ngôi sao. Những nghiên cứu như vậy giúp các nhà thiên văn học hiểu được sự hình thành của các hành tinh và làm sáng tỏ lịch sử ban đầu của hệ thống chúng ta.
Các nhà thiên văn học trong tháng này đã phát hành bộ sưu tập lớn nhất về hình ảnh chi tiết của các mảnh vụn xung quanh các ngôi sao trẻ, cho thấy sự đa dạng về hình dạng và kích cỡ của các hệ sao trong những năm hình thành hành tinh chính của chúng. Đáng ngạc nhiên, gần như tất cả cho thấy bằng chứng của các hành tinh.
Các hình ảnh được thu được trong khoảng thời gian bốn năm bởi một thiết bị chính xác, Gemini Planet Imager (GPI), được gắn trên kính viễn vọng Gemini South dài 8 mét ở Chile. GPI sử dụng hệ thống quang học thích ứng tiên tiến để loại bỏ hiện tượng mờ trong khí quyển, cung cấp hình ảnh sắc nét nhất cho đến nay của nhiều đĩa này.
Các thiết bị trên mặt đất như GPI đang được nâng cấp để thực hiện các quan sát tương tự trên bầu trời phía bắc từ Kính viễn vọng Bắc Gemini ở Hawaii, có thể là một cách sàng lọc các ngôi sao với các mảnh vỡ nghi ngờ để xác định mục tiêu nào đáng để nhắm mục tiêu hơn, nhưng đắt tiền hơn , kính viễn vọng để tìm các hành tinh – đặc biệt là các hành tinh có thể ở được. Một số kính viễn vọng 20, 30 và 40 mét, như Kính thiên văn Magellan khổng lồ và Kính thiên văn cực lớn, sẽ xuất hiện trong vài thập kỷ tới, trong khi Kính viễn vọng không gian James Webb quay quanh dự kiến sẽ được phóng vào năm 2021.
“Việc phát hiện đĩa chứa đầy bụi thường dễ dàng hơn so với các hành tinh, vì vậy bạn phát hiện ra bụi trước và sau đó bạn biết hướng Kính viễn vọng Không gian James Webb hoặc Kính viễn vọng Không gian Nancy Grace của bạn vào các hệ thống đó, cắt giảm số lượng sao bạn phải sàng lọc để tìm ra những hành tinh này ngay từ đầu “, Tom Esposito, một nghiên cứu sinh sau tiến sĩ tại Đại học California, Berkeley nói.
Esposito là tác giả đầu tiên của một bài báo mô tả kết quả xuất hiện ngày 15 tháng 6 trên Tạp chí Thiên văn (The Astronomical Journal) .
Thắt lưng sao chổi xung quanh các ngôi sao khác
Các mảnh vụn trong ảnh tương đương với Vành đai Kuiper trong hệ mặt trời của chúng ta, một cõi lạnh lẽo cách mặt trời khoảng 40 lần so với Trái đất – vượt ra ngoài quỹ đạo của Sao Hải Vương – và đầy đá, bụi và băng không bao giờ trở thành một phần của bất kỳ hành tinh nào trong hệ mặt trời của chúng ta. Sao chổi từ vành đai – những quả bóng băng và đá – định kỳ quét qua hệ mặt trời bên trong, đôi khi tàn phá Trái đất, nhưng cũng cung cấp các vật liệu liên quan đến sự sống như nước, carbon và oxy.
Trong số 26 hình ảnh về các mảnh vụn thu được từ Gemini Planet Imager (GPI), 25 hình ảnh có “lỗ hổng” xung quanh ngôi sao trung tâm có khả năng được tạo ra bởi các hành tinh quét lên đá và bụi. Bảy trong số 26 người trước đây chưa được biết đến; hình ảnh trước đó của 19 người kia không sắc nét như ảnh chụp từ GPI và thường không có độ phân giải để phát hiện lỗ hổng bên trong. Cuộc khảo sát nhân đôi số lượng các mảnh vụn được chụp ở độ phân giải cao như vậy.
Esposito, người cũng là nhà nghiên cứu tại Viện SETI ở Mountain View, California, cho biết: “Một trong những điều chúng tôi tìm thấy là những chiếc đĩa được gọi là này thực sự có vòng với những khoảng trống bên trong”. “GPI có một cái nhìn rõ ràng về các vùng bên trong gần ngôi sao, trong khi trước đây, các quan sát của Kính viễn vọng Không gian Hubble và các thiết bị cũ hơn từ mặt đất không thể nhìn đủ gần để ngôi sao nhìn thấy lỗ hổng xung quanh nó.”
GPI kết hợp một coronagraph chặn ánh sáng từ các ngôi sao, cho phép nó để xem như gần như một đơn vị thiên văn (AU) từ các ngôi sao, hoặc khoảng cách của trái đất từ mặt trời: 93 triệu dặm.
GPI nhắm vào 104 ngôi sao sáng bất thường trong ánh sáng hồng ngoại, cho thấy chúng được bao quanh bởi các mảnh vỡ phản chiếu ánh sáng của ngôi sao hoặc được ngôi sao sưởi ấm. Thiết bị ghi lại ánh sáng cận hồng ngoại phân cực bị tán xạ bởi các hạt bụi nhỏ, kích thước khoảng một phần nghìn milimét (1 micron), có khả năng là kết quả của sự va chạm giữa các tảng đá lớn hơn trong một mảnh vụn.
“Không có khảo sát có hệ thống về các mảnh vụn trẻ gần lớn như vậy, tìm kiếm với cùng một công cụ, sử dụng các chế độ và phương pháp quan sát tương tự,” Esposito nói. “Chúng tôi đã phát hiện 26 đĩa vụn này với chất lượng dữ liệu rất phù hợp, nơi chúng tôi thực sự có thể so sánh các quan sát, một điều duy nhất về mặt khảo sát đĩa vụn.”
Bảy đĩa vụn chưa từng được chụp theo cách này là trong số 13 đĩa xung quanh các ngôi sao di chuyển cùng nhau mặc dù Dải Ngân hà, các thành viên của một nhóm được gọi là hiệp hội sao Scorpius-Centaurus, nằm giữa 100 và 140 Parsec từ Trái đất, hoặc khoảng 400 ánh sáng năm
“Nó giống như một điểm câu cá hoàn hảo; tỷ lệ thành công của chúng tôi lớn hơn nhiều so với bất kỳ điều gì khác mà chúng tôi từng làm”, Paul Kalas, giáo sư phụ trách thiên văn học của UC Berkeley, tác giả thứ hai của bài báo nói. Bởi vì cả bảy ngôi sao xung quanh các ngôi sao được sinh ra trong cùng một khu vực gần như cùng một lúc, “chính nhóm đó là một phòng thí nghiệm nhỏ nơi chúng ta có thể so sánh và đối chiếu các kiến trúc của nhiều vườn ươm hành tinh phát triển đồng thời trong một loạt các điều kiện, một cái gì đó chúng tôi thực sự không có trước đây, “Esposito nói thêm.
Trong số 104 ngôi sao được quan sát, 75 ngôi sao không có đĩa có kích thước hoặc mật độ mà GPI có thể phát hiện, mặc dù chúng có thể được bao quanh bởi các mảnh vụn còn sót lại từ sự hình thành hành tinh. Ba ngôi sao khác đã được quan sát thấy các đĩa chủ thuộc giai đoạn tiến hóa “tiền đạo” trước đó.
Hệ mặt trời của chúng ta trông như thế nào trong giai đoạn trứng nước?
Phạm vi của các mảnh vụn rất khác nhau, nhưng hầu hết nằm trong khoảng từ 20 đến 100 AU. Đây là những ngôi sao có tuổi từ hàng chục triệu năm đến vài trăm triệu năm, một thời kỳ rất năng động cho sự phát triển của các hành tinh. Hầu hết đều lớn hơn và sáng hơn mặt trời.
Một ngôi sao HD 156623 không có lỗ hổng ở trung tâm của mảnh vỡ là một trong những người trẻ nhất trong nhóm, phù hợp với lý thuyết về cách các hành tinh hình thành. Ban đầu, đĩa tiền điện tử phải tương đối đồng đều, nhưng khi hệ thống già đi, các hành tinh hình thành và quét sạch phần bên trong của đĩa.
“Khi chúng ta nhìn vào các đĩa hoàn cảnh trẻ hơn, như các đĩa tiền hành tinh đang trong giai đoạn tiến hóa sớm hơn, khi các hành tinh đang hình thành, hoặc trước khi các hành tinh bắt đầu hình thành, có rất nhiều khí và bụi ở những khu vực chúng ta tìm thấy những lỗ hổng này trong các mảnh vụn cũ hơn, “Esposito nói. “Một cái gì đó đã loại bỏ vật liệu đó theo thời gian và một trong những cách bạn có thể làm đó là với các hành tinh.”
Do ánh sáng phân cực từ các mảnh vụn về mặt lý thuyết có thể cho các nhà thiên văn biết thành phần của bụi, Esposito hy vọng sẽ tinh chỉnh các mô hình để dự đoán thành phần – đặc biệt là phát hiện nước, được coi là điều kiện cho sự sống.
Các nghiên cứu như thế này có thể giúp trả lời một câu hỏi còn sót lại về hệ mặt trời của chúng ta, Kalas nói.
“Nếu bạn quay ngược đồng hồ cho hệ mặt trời của chính chúng ta 4,5 tỷ năm, thì một trong những đĩa này là chúng ta? Chúng ta là một vòng hẹp, hay chúng ta là một đốm mờ?” anh nói. “Thật tuyệt vời khi biết những gì chúng ta trông giống như sau đó để hiểu nguồn gốc của chính chúng ta. Đó là câu hỏi chưa được trả lời tuyệt vời.”
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 :