Ngoại hành tinh khó nắm bắt là ‘nhà điêu khắc vũ trụ’ đã chạm khắc các nhánh xoắn ốc của ngôi sao của nó

Các nhà thiên văn học đã phát hiện ra một ngoại hành tinh khổng lồ đang định hình các nhánh xoắn ốc phát triển trong khí và bụi xung quanh ngôi sao mẹ của nó.

Các nhà khoa học cho biết hành tinh này cũng là hành tinh đỏ nhất bên ngoài hệ mặt trời, hay còn gọi là “ngoại hành tinh”, từng được biết đến.

Các nhánh xoắn ốc là những cấu trúc thường được liên kết với các thiên hà, với hình ảnh của thiên hà xoắn ốc của chúng ta, Dải Ngân hà, cung cấp một ví dụ nổi bật về cấu trúc như vậy. Các nhánh xoắn ốc không chỉ giới hạn ở các thiên hà; khí và bụi xung quanh các ngôi sao trẻ cũng có thể phát triển các tính năng này.

Có liên quan: Những hành tinh ngoài hành tinh kỳ lạ nhất mà chúng ta từng thấy cho đến nay

Nằm cách Trái đất khoảng 500 năm ánh sáng, ngôi sao MWC 758 được ước tính chỉ vài triệu năm tuổi, thực tế là một đứa trẻ sơ sinh so với mặt trời ‘trung niên’ của chúng ta, khoảng 4,6 tỷ năm tuổi.

Và giống như khi mặt trời còn sơ khai, MWC 758 được bao quanh bởi một đĩa vật chất hình thành hành tinh được gọi là đĩa tiền hành tinh. Nhưng ít nhất là từ năm 2013, các nhà thiên văn học đã nhận thấy một mô hình xoắn ốc hình thành hai nhánh trong đĩa tiền hành tinh này. Các nhà nghiên cứu của Đại học Arizona hiện cho rằng những cánh tay xoắn ốc đôi đó là tác phẩm của một hành tinh lớn, được đặt tên là MWC 758c, quay quanh ngôi sao ở khoảng cách tương đương 100 lần khoảng cách giữa Trái đất và Mặt trời.

“Nghiên cứu của chúng tôi đưa ra bằng chứng chắc chắn rằng những cánh tay xoắn ốc này là do các hành tinh khổng lồ gây ra”, tác giả chính của nghiên cứu và tiến sĩ Kevin Wagner của Đài thiên văn Steward thuộc Đại học Arizona nói trong một tuyên bố. “Và với Kính viễn vọng Không gian James Webb mới, chúng tôi sẽ có thể thử nghiệm thêm và hỗ trợ ý tưởng này bằng cách tìm kiếm thêm các hành tinh như MWC 758c.”

Có liên quan: Kính viễn vọng Hubble theo dõi các ngoại hành tinh ‘ú òa’ giữa các vành đai bụi của ngôi sao

Các đĩa tiền hành tinh như đĩa này và đĩa đã từng hình thành hệ mặt trời thường mất khoảng 10 triệu năm để tiêu tan. Các mảnh vụn bao gồm chúng có thể bị đẩy ra khỏi hệ thống, có thể bị ngôi sao sơ ​​sinh nuốt chửng hoặc có thể được sử dụng làm khối xây dựng cho các hành tinh, mặt trăng, tiểu hành tinh và sao chổi.

Wagner nói: “Tôi nghĩ về hệ thống này giống như hệ mặt trời của chúng ta sẽ xuất hiện dưới 1% trong vòng đời của nó. “Sao Mộc, là một hành tinh khổng lồ, cũng có khả năng tương tác và tạo ra lực hấp dẫn với đĩa của chính chúng ta hàng tỷ năm trước, điều này cuối cùng đã dẫn đến sự hình thành của Trái đất.”

Các nhánh xoắn ốc trong các đĩa tiền hành tinh khá phổ biến. Trong số 30 đĩa được xác định trong các hệ thống sao trẻ tương đối gần, các nhà thiên văn học đã tìm thấy khoảng 10 đĩa có nhánh xoắn ốc của riêng chúng.

Wagner nói: “Các cánh tay xoắn ốc có thể cung cấp thông tin phản hồi về quá trình hình thành hành tinh. “Quan sát của chúng tôi về hành tinh mới này hỗ trợ thêm cho ý tưởng rằng các hành tinh khổng lồ hình thành từ rất sớm, tích tụ khối lượng từ môi trường sinh của chúng, sau đó thay đổi môi trường tiếp theo bằng lực hấp dẫn để các hành tinh khác nhỏ hơn hình thành.”

Giả thuyết hàng đầu cho rằng những cánh tay xoắn ốc này được điêu khắc khi một khối khí khổng lồ kéo theo vật chất xoay quanh ngôi sao mẹ của nó. Tuy nhiên, cho đến nay, các nhà thiên văn học vẫn chưa phát hiện ra các hành tinh có thể đóng vai trò là nhà điêu khắc vũ trụ cho những cánh tay này.

Wagner nói: “Đó là một câu hỏi mở về lý do tại sao chúng ta chưa nhìn thấy bất kỳ hành tinh nào trong số này. “Hầu hết các mô hình hình thành hành tinh đều gợi ý rằng các hành tinh khổng lồ sẽ rất sáng ngay sau khi chúng hình thành và những hành tinh như vậy lẽ ra đã được phát hiện.”

Làm thế nào một đại lý vũ khí xoắn ốc vẫn ẩn

Đại học Arizona đã phát hiện ra đại lý vũ khí xoắn ốc xung quanh MWC 758 bằng Giao thoa kế Kính viễn vọng Hai mắt Lớn (LBTI). Trong khi hầu hết các kính viễn vọng săn ngoại hành tinh tìm kiếm các hành tinh bên ngoài hệ mặt trời bằng cách sử dụng các bước sóng ngắn ở đầu màu xanh của các bước sóng quang phổ điện từ, thiết bị do Đại học Arizona chế tạo này có thể quan sát vũ trụ ở các bước sóng dài hơn trong dải hồng ngoại trung bình.

Điều này có nghĩa là trong khi MWC 758c trốn tránh các kính viễn vọng khác bằng màu đỏ bất thường và bất ngờ của nó, thì nó không thể lọt vào tầm kiểm soát của LBTI. Steve Ertel, nhà khoa học thiết bị chính của LBTI, giải thích rằng các bước sóng dài hơn, đỏ hơn khó phát hiện hơn các bước sóng ngắn hơn, xanh hơn do ánh sáng nhiệt của bầu khí quyển Trái đất và của chính kính viễn vọng.

Là một trong những kính viễn vọng hồng ngoại nhạy cảm nhất từng được chế tạo, LBTI thậm chí có thể vượt trội hơn Kính viễn vọng Không gian James Webb (JWST), kính viễn vọng này cũng nhìn thấy vũ trụ bằng tia hồng ngoại khi phát hiện các hành tinh ẩn quanh các ngôi sao của chúng. Nhóm nghiên cứu cũng có những ý tưởng về lý do tại sao hành tinh này có thể ẩn náu lâu như vậy.

Ertel cho biết: “Chúng tôi đề xuất hai mô hình khác nhau về lý do tại sao hành tinh này sáng hơn ở bước sóng dài hơn. “Hoặc đây là một hành tinh có nhiệt độ lạnh hơn dự kiến, hoặc nó là một hành tinh vẫn còn nóng từ khi hình thành và nó tình cờ bị bao phủ bởi bụi.”

Nếu MWC 758c bị bao phủ bởi một lượng lớn bụi, vật liệu này sẽ hấp thụ ánh sáng có bước sóng ngắn, dẫn đến hành tinh chỉ xuất hiện sáng ở bước sóng đỏ dài hơn.

Nếu ngoại hành tinh được bao quanh bởi rất nhiều bụi, điều này có thể cho thấy rằng nó vẫn đang hình thành hoặc thậm chí là nó đang trong quá trình thu thập các mặt trăng của chính mình giống như hành tinh khí khổng lồ của hệ mặt trời Sao Mộc đã làm cách đây hàng tỷ năm.

Đồng tác giả nghiên cứu và nhà vật lý thiên văn lý thuyết Kaitlin Kratter của Đại học Arizona cho biết: “Trong một kịch bản khác về một hành tinh lạnh hơn được bao quanh bởi ít bụi hơn, hành tinh này mờ hơn và phát ra nhiều ánh sáng hơn ở bước sóng dài hơn”.

Nếu mô hình lạnh hơn này cho MWC 758c là chính xác, điều này có nghĩa là có thể có điều gì đó xảy ra trong các hệ hành tinh trẻ như thế này dẫn đến việc các hành tinh lạnh hơn dự kiến ​​khi chúng hình thành. Điều này có thể có tác động đến các mô hình hình thành hành tinh và các kỹ thuật mà các nhà thiên văn học hiện đang sử dụng để săn lùng các ngoại hành tinh.

Wagner nói: “Trong cả hai trường hợp, giờ đây chúng tôi biết rằng chúng tôi cần bắt đầu tìm kiếm các tiền hành tinh đỏ hơn trong các hệ thống có nhánh xoắn ốc này.

Các nhà nghiên cứu đằng sau việc phát hiện MWC 758c giờ đây sẽ xem ngoại hành tinh với JWST vào năm 2024 trong nỗ lực phân biệt giữa các kịch bản tiềm năng đang diễn ra trong hệ hành tinh non trẻ này.

“Tùy thuộc vào kết quả thu được từ các quan sát JWST, chúng tôi có thể bắt đầu áp dụng kiến ​​thức mới phát hiện này cho các hệ sao khác,” Wagner nói, “và điều đó sẽ cho phép chúng tôi đưa ra dự đoán về nơi các hành tinh ẩn giấu khác có thể đang ẩn nấp và sẽ cung cấp cho chúng tôi một ý tưởng về những thuộc tính mà chúng ta nên tìm kiếm để phát hiện ra chúng.”

Nghiên cứu của nhóm được công bố trên tạp chí Nature Astronomy.