400 hành tinh bất hảo cỡ Trái đất có thể đang lang thang trong Dải Ngân hà

Những dự đoán mới cho thấy một kính viễn vọng không gian sắp tới của NASA có thể phát hiện ra hơn 400 thế giới có khối lượng bằng Trái đất ẩn mình trong Dải Ngân hà đã “lừa đảo” và do đó lang thang trong thiên hà của chúng ta một mình.

Những thế giới mồ côi như vậy được cho là bắt đầu cuộc sống của chúng trong một hệ hành tinh, giống như hệ mặt trời, nhưng bị đá vào một thời điểm nào đó bởi một cơ chế cho đến nay vẫn chưa được biết đến. Bất chấp bức tranh quen thuộc về các hành tinh quay quanh một ngôi sao, nghiên cứu mới cho thấy những thế giới không có ngôi sao mồ côi như vậy có thể đông hơn các ngôi sao trong Dải Ngân hà với tỷ lệ 20:1. Điều này ngụ ý rằng các thế giới không bị ràng buộc trong thiên hà của chúng ta phổ biến hơn khoảng sáu lần so với các hành tinh quay quanh các ngôi sao mẹ.

Tác giả nghiên cứu và nhà khoa học cấp cao của NASA, David Bennett, cho biết: “Chúng tôi ước tính rằng thiên hà của chúng ta là ngôi nhà của các hành tinh bất hảo nhiều gấp 20 lần so với các ngôi sao – hàng nghìn tỷ thế giới lang thang một mình”. nói trong một tuyên bố. “Đây là phép đo đầu tiên về số lượng các hành tinh bất hảo trong thiên hà nhạy cảm với các hành tinh nhỏ hơn Trái đất.”

Có liên quan: Bằng chứng đầu tiên được tìm thấy cho các thế giới ‘hành tinh thành Troy’ chiếm cùng một quỹ đạo

Thông thường, các hành tinh bên ngoài hệ mặt trời của chúng ta, được gọi là ngoại hành tinh, được phát hiện nhờ tác động của chúng lên các ngôi sao chủ của chúng. Ví dụ: một ngoại hành tinh có thể khiến người xem trên Trái đất chứng kiến ​​​​sự giảm ánh sáng của ngôi sao khi quỹ đạo của hành tinh đưa nó đi giữa ngôi sao và hành tinh của chúng ta. Hoặc, một ngoại hành tinh có thể ảnh hưởng đến ánh sáng như vậy thông qua sự dao động mà nó tạo ra trên quỹ đạo của ngôi sao chủ trong khi lực hấp dẫn kéo vật thể phát sáng. Nhưng thực tế là các hành tinh bất hảo ở rất xa các ngôi sao chủ khiến chúng khó bị phát hiện.

Một trong những mục tiêu chính của Kính viễn vọng La mã Nancy Grace của NASA, khi công cụ dựa trên không gian hoạt động trực tuyến, là phát hiện ra những kẻ lừa đảo này. Các ước tính trước đây cho rằng Roman, ra mắt vào tháng 5 năm 2027, sẽ có khả năng phát hiện ra khoảng 50 hành tinh bất hảo có kích thước bằng Trái đất – nhưng những phát hiện mới đã tăng con số đó lên. Thay vào đó, chúng ngụ ý một con số gần với 400. Trên thực tế, chính các nhà thiên văn học đằng sau những phát hiện này đã xác định được một ứng cử viên hành tinh bất hảo có kích thước bằng Trái đất để Roman điều tra.

Bennett và các đồng nghiệp của ông đã đưa ra kết luận của mình với dữ liệu thu thập được trong một cuộc khảo sát thiên văn kéo dài 9 năm có tên là Quan sát vi thấu kính trong vật lý thiên văn (MOA). Được tiến hành tại Đài thiên văn Đại học Mount John ở New Zealand, MOA tìm kiếm các vật thể với sự trợ giúp của một hiện tượng lần đầu tiên được dự đoán bởi thuyết tương đối rộng của Einstein gọi là thấu kính hấp dẫn — thứ mà người La Mã cũng sẽ sử dụng để săn lùng những kẻ bất hảo.

Hai bài báo mô tả những phát hiện mới nhất của nhóm sẽ được xuất bản trong số tương lai của Tạp chí Thiên văn.

Săn lùng thế giới lừa đảo với sự giúp đỡ của Einstein

Thuyết tương đối rộng năm 1915 của Einstein dự đoán rằng các vật thể có khối lượng “làm cong” cấu trúc của không gian. Mặc dù sự cong vênh này hoạt động theo ba chiều (bốn chiều nếu bạn tính đến thời gian), nhưng nó có thể được coi là tương tự như hiệu ứng 2D của việc đặt các quả bóng có khối lượng khác nhau trên một tấm cao su kéo dài. Khối lượng của quả bóng càng lớn thì vết lõm trên tấm càng sâu. Tương tự như vậy, vật thể vũ trụ càng nặng thì độ cong trong không gian càng mạnh.

Ngoài ra, khi một vật thể rất lớn làm cong không gian, điều đó cũng có thể ảnh hưởng đến ánh sáng phát ra từ các vật thể khác nằm trong nền, khiến cho sự phát quang như vậy bị uốn cong khi nó đi ngang qua dấu vết vũ trụ của vật thể ban đầu. Điều này cuối cùng có thể tạo ra hiệu ứng phóng đại trên đối tượng nền, do đó dẫn đến hiện tượng thấu kính hấp dẫn.

Microlensing là một biến thể của khái niệm này xảy ra khi một vật thể nhỏ hơn, chẳng hạn như một hành tinh hoặc ngôi sao, trượt giữa Trái đất và nguồn sáng nền, chẳng hạn như một ngôi sao hoặc thiên hà, và sắp thẳng hàng gần như hoàn hảo với cả hai. Điều này khiến các máy trên Trái đất phát hiện ra sự tăng đột biến về độ sáng của vật thể nền, nhưng độ sáng đó không quá nghiêm trọng như hiệu ứng của thấu kính hấp dẫn. Tuy nhiên, vi thấu kính rất hữu ích để phát hiện các hành tinh bất hảo và các vật thể nhỏ khác không phát ra ánh sáng và do đó gần như tối hoàn toàn.

Tác giả nghiên cứu và giáo sư Takahiro Sumi của Đại học Osaka cho biết: “Microlensing là cách duy nhất chúng ta có thể tìm thấy các vật thể như các hành tinh trôi nổi tự do có khối lượng thấp và thậm chí là các lỗ đen nguyên thủy”. “Thật thú vị khi sử dụng lực hấp dẫn để khám phá những vật thể mà chúng ta không bao giờ có thể hy vọng nhìn thấy trực tiếp.”

Tìm kiếm một kẻ lừa đảo giống Trái đất và một cơ chế phóng

Kể từ khi phát hiện ra ngoại hành tinh đầu tiên quay quanh một ngôi sao giống mặt trời vào năm 1995, danh mục ngoại hành tinh đã phát triển để chứa hơn 5.000 vật thể hấp dẫn này. Tuy nhiên, phần lớn các hành tinh này là những thế giới khổng lồ quay quanh ngôi sao chủ của chúng.

Thêm vào đó, hành tinh giả mạo có kích thước tương đương Trái đất mới được tìm thấy chỉ là lần thứ hai một thế giới như vậy được tìm thấy bằng cách sử dụng thấu kính vi mô. Nhóm đằng sau khám phá cho thấy điều đó có nghĩa là các thế giới bất hảo thường là các hành tinh nhỏ hơn với kích thước tương tự và nhỏ hơn Trái đất.

Sumi cho biết: “Chúng tôi thấy rằng những kẻ bất hảo có kích thước Trái đất phổ biến hơn những kẻ khổng lồ hơn. “Sự khác biệt về khối lượng trung bình của các hành tinh ở giữa các ngôi sao và các hành tinh trôi nổi tự do là chìa khóa để hiểu cơ chế hình thành hành tinh.”

Bản chất hỗn loạn của quá trình hình thành hành tinh có thể giải thích tại sao những kẻ bất hảo lại đi lang thang trong thiên hà một mình ngay từ đầu. Các hành tinh nhỏ hơn có lực hấp dẫn yếu hơn đối với các ngôi sao chủ của chúng, điều đó có nghĩa là sự tương tác trong một hệ thống đang hình thành sẽ dễ dàng ném chúng ra xa hơn, khiến chúng lang thang một mình trong vũ trụ.

Nancy Grace Roman tham gia cuộc truy lùng lừa đảo

Mặc dù các sự kiện vi thấu kính rất hữu ích để phát hiện các hành tinh bất hảo, nhưng việc nhìn thấy những sự kiện này trong không gian rộng lớn vẫn giống như phát hiện một cây kim hành tinh trong đống rơm vũ trụ. Và các sự kiện vi thấu kính gây ra bởi các hành tinh đơn lẻ là cực kỳ hiếm.

Vấn đề phức tạp hơn là thực tế là các sự kiện thấu kính, không giống như sự di chuyển thường xuyên của một hành tinh qua bề mặt của ngôi sao của nó hoặc sự dao động định kỳ do một hành tinh quay quanh gây ra, là sự cố xảy ra một lần. Khi các hành tinh này đi qua một ngôi sao nền, chúng sẽ không bao giờ quay trở lại cùng một vùng không gian nữa.

Đó là nơi Kính viễn vọng La Mã Nancy Grace xuất hiện.

Với trường nhìn đặc biệt rộng, kính viễn vọng không gian hồng ngoại có thể tạo ra một mạng lưới rộng hơn để thu hút những kẻ bất hảo. Và nó sẽ có tầm nhìn cần thiết để nhìn thấy các hành tinh mồ côi có kích thước bằng Trái đất.

Tác giả nghiên cứu và trợ lý giáo sư tại Đại học Osaka, Naoki Koshimoto, cho biết: “Roman sẽ nhạy cảm với các hành tinh bất hảo có khối lượng thấp hơn vì nó sẽ quan sát từ không gian”. “Sự kết hợp giữa tầm nhìn rộng và tầm nhìn sắc nét của Roman sẽ cho phép chúng tôi nghiên cứu các vật thể mà nó tìm thấy chi tiết hơn so với những gì chúng tôi có thể làm khi chỉ sử dụng kính viễn vọng trên mặt đất, đó là một triển vọng thú vị.”

Dữ liệu từ Roman sẽ được kết hợp với các quan sát từ kính viễn vọng Thí nghiệm vi thấu kính hồng ngoại lấy nét chính (PRIME) 1,8 mét của Nhật Bản, đặt tại Đài thiên văn Nam Phi ở Sutherland.

“Tín hiệu vi thấu kính từ một hành tinh bất hảo có thể mất từ ​​vài giờ đến khoảng một ngày, vì vậy các nhà thiên văn học sẽ có cơ hội thực hiện các quan sát đồng thời với Roman và PRIME,” Koshimoto nói.

Sự kết hợp dữ liệu này cũng sẽ cho phép các nhà thiên văn học đo chính xác hơn khối lượng của các hành tinh mồ côi lang thang, do đó giúp họ xác định tốt hơn nguyên nhân khiến chúng trở nên bất ổn ngay từ đầu.