Các nhà thiên văn học đã phát hiện ra một ngoại hành tinh có quỹ đạo thuôn dài, trải qua sự thay đổi nhiệt độ đột ngột – và nó có thể đang chuyển thành một kiểu hành tinh khác.
Ngoại hành tinh có tên TIC 241249530 b, quay quanh một ngôi sao cách Trái đất khoảng 1.100 năm ánh sáng. Ngôi sao này là một trong một cặp sao đôi, vì vậy hành tinh quay quanh ngôi sao chính, trong khi ngôi sao chính lại quay quanh ngôi sao thứ hai.
Các nhà nghiên cứu đã báo cáo trong một nghiên cứu được công bố hôm thứ Tư trên tạp chí Nature rằng sự tương tác giữa hai ngôi sao có quỹ đạo lệch nhau có thể là nguyên nhân đưa hành tinh này vào con đường trở thành một “Sao Mộc nóng”.
Các nhà thiên văn học đã tìm thấy hơn 5.600 ngoại hành tinh được xác nhận và 300 đến 500 trong số đó là “Sao Mộc nóng”. Những hành tinh này là những vật thể khí khổng lồ giống như Sao Mộc, quay quanh các ngôi sao chủ của chúng, làm nóng chúng đến nhiệt độ thiêu đốt.
Trong khi Sao Mộc mất 4.000 ngày Trái đất để hoàn thành một quỹ đạo quanh mặt trời, thì Sao Mộc nóng hoàn thành một quỹ đạo cứ sau vài ngày.
Các nhà khoa học tin rằng các hành tinh lớn bắt đầu quay quanh các ngôi sao của chúng từ xa nhưng sẽ di chuyển đến gần hơn theo thời gian. Nhưng từ lâu, họ đã đặt câu hỏi làm thế nào mà các hành tinh lớn lại có quỹ đạo chặt chẽ đến vậy, gần các ngôi sao của chúng hơn sao Thủy với mặt trời của chúng ta.
Các quan sát về TIC 241249530 b, lần đầu tiên được chụp bởi vệ tinh TESS săn tìm hành tinh của NASA vào tháng 1 năm 2020, cung cấp những hiểu biết sâu sắc, hiếm có về những gì có thể là một hành tinh trên con đường trở thành Sao Mộc nóng.
Tác giả chính của nghiên cứu Arvind Gupta, nhà nghiên cứu sau tiến sĩ của NOIRLab, người đã phát hiện ra hành tinh này khi còn là nghiên cứu sinh tiến sĩ tại bang Pennsylvania, trong một tuyên bố cho biết: “Các nhà thiên văn học đã tìm kiếm các ngoại hành tinh có khả năng là tiền thân của Sao Mộc nóng hoặc là sản phẩm trung gian của quá trình di chuyển trong hơn hai thập kỷ, vì vậy tôi rất ngạc nhiên – và vui mừng – khi tìm thấy một hành tinh.”
Phát hiện một hành tinh đang thay đổi
Vào ngày 12 tháng 1 năm 2020, Vệ tinh Khảo sát Ngoại hành tinh đi qua đã thu thập dữ liệu cho thấy có thứ gì đó đang đi qua phía trước ngôi sao chủ TIC 241249530. TESS theo dõi độ sáng của các ngôi sao gần đó để tìm kiếm những điểm thấp trong ánh sáng sao có thể cho thấy sự hiện diện của các ngoại hành tinh.
Gupta và các đồng nghiệp của ông đã theo dõi dữ liệu và xác định rằng một hành tinh có kích thước bằng Sao Mộc đang đi qua phía trước ngôi sao. Sau đó, họ thực hiện các phép đo bằng cách sử dụng các thiết bị trên Kính viễn vọng 3,5 mét WIYN tại Đài quan sát quốc gia Kitt Peak ở Arizona để xác định vận tốc hướng tâm của ngôi sao, hoặc mức độ dao động của ngôi sao này khi lực hấp dẫn của hành tinh tác động lên nó.
Dữ liệu vận tốc hướng tâm cũng xác nhận sự hiện diện của cùng một hành tinh và giúp các nhà nghiên cứu làm rõ rằng nó nặng hơn Sao Mộc khoảng 5 lần và có cái mà các nhà thiên văn học gọi là quỹ đạo rất lệch tâm.
Các nhà thiên văn học sử dụng từ “lệch tâm” để chỉ hình dạng quỹ đạo của một hành tinh theo thang điểm từ 0 đến 1. Số 0 tương đương với một quỹ đạo tròn hoàn hảo. Trong hệ mặt trời của chúng ta, Trái đất có độ lệch tâm là 0,02, trong khi quỹ đạo hình bầu dục cao của Sao Diêm Vương quanh mặt trời được coi là 0,25.
Theo các nhà nghiên cứu, ngoại hành tinh mới được phát hiện có độ lệch tâm là 0,94, dài hơn bất kỳ ngoại hành tinh 'quá cảnh' nào khác mà nhà thiên văn học từng tìm thấy. Hành tinh kỳ quặc này mất khoảng sáu tháng để hoàn thành một quỹ đạo quanh ngôi sao chủ, đến cực gần ngôi sao trước khi phóng rộng ra ngoài và sau đó quay trở lại quỹ đạo hẹp, hình bầu dục có hình dạng tương tự quả dưa chuột.
Hình động này so sánh quỹ đạo thuôn dài của ngoại hành tinh với quỹ đạo của Sao Thủy và Trái đất trong hệ mặt trời của chúng ta. NOIRLab.
Đồng tác giả nghiên cứu Suvrath Mahadevan, Giáo sư Thiên văn học Verne M. Willaman tại bang Pennsylvania, cho biết: “Chúng tôi đã bắt gặp hành tinh khổng lồ này đang thực hiện một vòng quay sắc nét trong quá trình di chuyển đến gần ngôi sao của nó. Những hành tinh chuyển động có độ lệch tâm cao như vậy là cực kỳ hiếm – và thật tuyệt vời khi chúng tôi có thể khám phá ra hành tinh có độ lệch tâm lớn nhất.”
Hành tinh này chỉ cách ngôi sao chủ của nó 3 triệu dặm, gần sao chủ hơn 10 lần so với sao Thủy với mặt trời. Sao Thủy nằm cách mặt trời khoảng 36 triệu dặm (58 triệu km), theo NASA.
Đồng tác giả nghiên cứu Jason Wright, giáo sư thiên văn học và vật lý thiên văn tại bang Pennsylvania, cho biết quỹ đạo cực đoan gây ra “sự thay đổi nhiệt độ rất lớn” trong suốt một năm của hành tinh này.
Wright cho biết qua email: “Nhiệt độ ở các đỉnh đám mây đủ nóng để làm tan chảy titan trong vài ngày, rít qua ngôi sao gần cạnh”. “Trong phần lớn quỹ đạo của nó, nó ở xa hơn và ở điểm xa nhất, nhiệt độ trên đỉnh mây ban ngày giống như một ngày hè ấm áp trên Trái đất.”
Nhóm nghiên cứu cũng phát hiện ra rằng hành tinh này đang quay ngược hoặc chuyển động theo hướng ngược lại so với chuyển động quay của ngôi sao chủ – một hiện tượng hiếm gặp chưa từng thấy ở hầu hết các ngoại hành tinh và không xảy ra trong hệ mặt trời của chúng ta.
Tất cả những điều kỳ lạ được quan sát thấy về TIC 241249530 b đang giúp các nhà thiên văn học hiểu được hành tinh này hình thành như thế nào.
Gupta nói: “Mặc dù chúng ta không thể tua lại và theo dõi chính xác quá trình di chuyển hành tinh trong thời gian thực, nhưng ngoại hành tinh này đóng vai trò như một dạng ảnh chụp nhanh về quá trình di chuyển. Những hành tinh như thế này rất khó tìm thấy và chúng tôi hy vọng nó có thể giúp chúng ta làm sáng tỏ câu chuyện nóng bỏng về sự hình thành Sao Mộc.”
Một 'cuộc nhảy múa của quỹ đạo'
Nhóm nghiên cứu đã chạy mô phỏng để xác định xem hành tinh này có thể đã đi vào một quỹ đạo bất thường như thế nào cũng như nó có thể phát triển như thế nào theo thời gian. Các mô phỏng bao gồm mô hình hóa các tương tác hấp dẫn giữa TIC 241249530 b và ngôi sao chủ của nó cũng như ngôi sao thứ hai.
Nhóm nghiên cứu ước tính rằng hành tinh này có khả năng hình thành ở xa ngôi sao chủ và bắt đầu theo một quỹ đạo tròn, rộng tương tự như Sao Mộc. Nhưng các nhà nghiên cứu cho biết ngôi sao chủ có quỹ đạo lệch với ngôi sao thứ hai, tạo ra lực hút lên hành tinh và kéo dài quỹ đạo của nó.
Wright cho biết: “Qua nhiều quỹ đạo, ảnh hưởng lực hút của ngôi sao bên ngoài đó đã làm thay đổi quỹ đạo của TIC 241249530 b, khiến nó ngày càng dài ra.”
Với mỗi lần ngôi sao chủ đi qua, quỹ đạo của hành tinh này mất đi năng lượng, vì vậy các nhà thiên văn học ước tính rằng trong hàng trăm triệu năm nữa, quỹ đạo sẽ co lại và ổn định chỉ tồn tại trong vài ngày thay vì 167 ngày như hiện nay.
Sau đó, hành tinh này sẽ trở thành một Sao Mộc nóng thực sự, đồng tác giả nghiên cứu Sarah Millholland, trợ lý giáo sư vật lý tại Viện Nghiên cứu Vật lý Thiên văn và Không gian Kavli của Viện Công nghệ Massachusetts, cho biết.
Millholland cho biết: “Đó là một quá trình khá khắc nghiệt vì những thay đổi về quỹ đạo của hành tinh là rất lớn. Đó là một cuộc nhảy múa lớn của các quỹ đạo diễn ra trong hàng tỷ năm và hành tinh này chỉ tiếp tục diễn ra.”
Các anh em song sinh của Sao Mộc nóng bỏng
Trước TIC 241249530 b, Sao Mộc nóng sớm duy nhất được biết đến là một ngoại hành tinh có tên HD 80606 b, được phát hiện vào năm 2001. HD 80606 b được coi là hành tinh có quỹ đạo lệch tâm nhất cho đến khi được phát hiện gần đây.
HD 80606 b có độ lệch tâm 0,93 với quỹ đạo ngắn hơn 111 ngày và nó quay quanh cùng hướng với ngôi sao chủ của nó. Nhưng mặt khác, các hành tinh này thực tế là anh em sinh đôi, Wright nói. Ông nói, việc tìm thấy hai hành tinh trong một giai đoạn ngắn ngủi của quá trình tiến hóa quỹ đạo hành tinh giống như “tình cờ gặp một con bướm vào thời điểm nhộng của nó mở ra”.
Các nhà nghiên cứu cho biết, việc phát hiện ra tiền thân của Sao Mộc nóng thứ hai đang giúp các nhà thiên văn học xác nhận ý tưởng rằng các khối khí khổng lồ có khối lượng lớn biến thành Sao Mộc nóng khi chúng di chuyển từ quỹ đạo lệch tâm sang quỹ đạo tròn.
Nhóm nghiên cứu hy vọng có thể quan sát TIC 241249530 b bằng Kính viễn vọng Không gian James Webb để khám phá động lực học của bầu khí quyển của nó và xem nó phản ứng thế nào với sự nóng lên nhanh chóng như vậy. Và cuộc tìm kiếm vẫn tiếp tục để tìm thêm những hành tinh như những hành tinh đang biến đổi thành Sao Mộc nóng bỏng.
Millholland cho biết: “Hệ thống này nêu bật mức độ đa dạng của các ngoại hành tinh. Chúng là những hành tinh bí ẩn khác có thể có những quỹ đạo lộn xộn kể một câu chuyện về cách chúng hình thành quxy đạo đó và chúng sẽ đi về đâu. Đối với hành tinh này, nó vẫn chưa kết thúc hành trình của mình.”
