Một ngôi sao nhỏ có thể chứa một hành tinh khổng lồ hay không?

Theo một nghiên cứu gần đây của các nhà khoa học từ Đại học College London (UCL) và Đại học Warwick, những ngôi sao có khối lượng nhỏ hơn một nửa so với Mặt trời có thể chứa những hành tinh khí khổng lồ tương tự như sao Mộc. Chúng ta phải xem xét lại lý thuyết này vì điều này mâu thuẫn với lý thuyết phổ biến về sự hình thành hành tinh.

Theo quan điểm chung của các nhà thiên văn học trước giờ, các hành tinh khí khổng lồ và các thiên thể khác được tạo ra từ các đĩa bụi bao quanh các ngôi sao trẻ. Theo lý thuyết bồi tụ lõi, các hành tinh này ban đầu tạo ra lõi từ đá, băng và các chất rắn nặng khác. Khi các hành tinh này đạt đến khối lượng gấp 15 đến 20 lần khối lượng Trái đất theo thời gian bồi tụ, chúng sẽ hút vào một lớp khí ở phía bên ngoài.

Tuy nhiên, các ngôi sao khối lượng thấp được tạo thành từ các đĩa bụi có tổng khối lượng thấp. Do đó, phần đĩa bụi còn lại sau khi hình thành ngôi sao sẽ không có đủ vật chất để tạo ra một hành tinh khí khổng lồ theo cách này, theo dự đoán của các mô phỏng.



Sử dụng các quan sát từ chương trình khảo sát ngoại hành tinh của NASA, các nhà nghiên cứu đã xem xét 91.306 ngôi sao có khối lượng thấp trong nghiên cứu gần đây, được công bố trên Thông báo hàng tháng của Hiệp hội Thiên văn Hoàng gia (MNRAS) và được tài trợ bởi Hội đồng Cơ sở Khoa học và Công nghệ Vương quốc Anh (STFC). Và trong đó, họ đã phát hiện ra 15 trường hợp có sự giảm sút độ sáng tương ứng với một khối vật thể khổng lồ di chuyển theo quỹ đạo chắn sáng phía trước ngôi sao.

Năm trong số 15 trường hợp đã được xác nhận là hành tinh thông qua các phương pháp độc lập. Và một trong những hành tinh đã được xác nhận này quay quanh một ngôi sao có khối lượng bằng 1/5 Mặt trời, điều mà các lý thuyết mô hình hiện đại không thể xảy ra.

Tiến sĩ Ed Bryant (Phòng thí nghiệm Khoa học Vũ trụ Mullard tại UCL trước đây là Đại học Warwick), người đã khởi xướng nghiên cứu này, nói rằng "các ngôi sao có khối lượng thấp có khả năng hình thành các hành tinh khổng lồ tốt hơn chúng ta nghĩ." Kết quả nghiên cứu của chúng tôi đặt ra những câu hỏi nghiêm túc về lý thuyết hình thành hành tinh. Đặc biệt, việc chúng tôi phát hiện ra các hành tinh khí khổng lồ quay xung quanh các ngôi sao có khối lượng chỉ bằng 20% khối lượng Mặt trời đặt ra câu hỏi mâu thuẫn với lý thuyết hiện tại.

Theo Tiến sĩ Vincent Van Eylen, đồng tác giả của Phòng thí nghiệm Khoa học Vũ trụ Mullard tại UCL, "mặc dù rất hiếm nhưng những hành tinh khí khổng lồ tồn tại xung quanh các ngôi sao có khối lượng thấp là một phát hiện bất ngờ và có nghĩa là các lý thuyết mô hình về hình thành hành tinh sẽ cần phải được sửa đổi."

Một cách giải thích có thể là các hành tinh khí khổng lồ không hình thành thông qua sự bồi tụ lõi mà thông qua sự mất ổn định của lực hấp dẫn, trong đó phần đĩa bụi bao quanh một ngôi sao bị phân mảnh thành các khối bụi và khí có sẵn khối lượng bằng một hành tinh. Trong trường hợp như vậy, ngôi sao mẹ có khối lượng thấp vẫn có khả năng chứa các hành tinh cực lớn, gấp hai hoặc ba lần khối lượng của sao Mộc. Tuy nhiên, điều này được coi là khó xảy ra vì các đĩa bụi xung quanh các ngôi sao có khối lượng thấp dường như không đủ lớn để phân mảnh theo cách này.

Theo các nhà nghiên cứu, các nhà thiên văn học đã đánh giá thấp mức độ lớn của đĩa sao, dẫn đến các ngôi sao nhỏ có thể hình thành các hành tinh khổng lồ thông qua sự bồi tụ lõi.

Điều này có thể là do chúng ta đã tính toán sai khối lượng của các đĩa bụi mà chúng ta quan sát dưới kính thiên văn (vì chúng rất khó quan sát dưới dạng một đám bụi). Hoặc do các đĩa bụi có khối lượng lớn hơn so với giai đoạn sau mà ta có thể quan sát, đo đạc chúng khi bắt đầu vòng đời của một ngôi sao.

Theo Tiến sĩ Dan Bayliss (Đại học Warwick), đồng tác giả nghiên cứu, "Có thể chúng ta không hiểu rõ về khối lượng của các đĩa bụi tiền hành tinh này như chúng ta tưởng. Các đĩa bụi này sau này có thể sẽ được nghiên cứu kỹ hơn bằng các công cụ mới hiện đại hơn như Kính viễn vọng không gian James Webb.

Trong báo cáo của mình, các nhà nghiên cứu đã cố gắng tìm cách xác định tần suất xuất hiện của các hành tinh khổng lồ bao quanh ngôi sao mẹ có khối lượng thấp và xem xét xem tần suất này có phù hợp với kết quả mà lý thuyết mô hình bồi tụ lõi dự đoán hay không.

Họ đã sử dụng một thuật toán để xác định tín hiệu của những hành tinh khí khổng lồ đang chuyển tiếp trong ánh sáng phát ra từ các ngôi sao có khối lượng thấp. Sau đó, họ kiểm tra các tín hiệu này, loại bỏ một số kết quả không phù hợp.

Nhóm nghiên cứu đã thực hiện các mô phỏng với hàng nghìn tín hiệu của các hành tinh đang chuyển tiếp vào dữ liệu ánh sáng sao mà NASA đang có để xác định phương pháp của họ để tìm ra những hành tinh khí khổng lồ thực sự quay quanh các ngôi sao này. Sau đó, họ chạy thuật toán để xác định có bao nhiêu hành tinh kiểu này sẽ được phát hiện.

Hiện tại, các nhà nghiên cứu đang làm việc để xác nhận (hoặc loại trừ) 9 trong số 15 trường hợp đã nêu ở phần đầu để xem đó có phải là hành tinh hay không (trong 15 trường hợp, các nhà khoa học đã xác định được 5 là hành tinh, còn 1 bị loại trừ). Những ứng cử viên này cũng có khả năng là những ngôi sao đồng hành với sao mẹ (trong hệ sao đôi) hoặc có thể có một nguyên nhân khác khiến độ sáng giảm đi.

Bằng cách đo "lắc lư" vị trí của ngôi sao mẹ, có thể là kết quả của lực hút của vật thể xoay quanh, nhóm nghiên cứu sẽ suy ra khối lượng của những vật thể này. Phân tích quang phổ của ánh sáng sao, tức là đo các dải ánh sáng khác nhau để theo dõi chuyển động của ngôi sao khi nó lùi ra xa chúng ta hoặc tiến về gần chúng ta.

Cập nhật tin tức công nghệ mới nhất tại fanpage Công nghệ & Cuộc sống