Lần đầu tiên phát hiện từ quyển bảo tồn sự sống bên ngoài hệ Mặt trời

Các cấu trúc từ tính hình vành khuyên được gọi là "vành đai bức xạ" bao quanh một hành tinh chứa đầy các electron và hạt tích điện năng lượng cực cao.

Vành đai bức xạ có ở khắp mọi nơi trong hệ Mặt trời: Tất cả các hành tinh có từ trường quy mô lớn, bao gồm Trái đất, Sao Mộc, Sao Thổ, Sao Thiên Vương và Sao Hải Vương, đều được tìm thấy. Chúng được phát hiện lần đầu tiên xung quanh Trái đất vào năm 1958 với các vệ tinh Explorer 1 và 3. Tuy nhiên, không có vành đai bức xạ nào được nhìn thấy rõ ràng trong hệ mặt trời của chúng ta trước đây.

Một nhóm nhỏ các nhà thiên văn học, đứng đầu là Melodie Kao, trước đây thuộc Đại học Bang Arizona và hiện là Nghiên cứu tại Đại học California Santa Cruz, với sự cộng tác của cả Giáo sư Evgenya Shkolnik của Viện Nghiên cứu Trái đất và Không gian của Mỹ, đã phát hiện ra vành đai bức xạ đầu tiên bên ngoài của hệ mặt trời của chúng ta. Kết quả được công bố trên tạp chí Nature hôm 15.5.

"Sao lùn nâu" LSR J1835+3259, có kích thước gần bằng sao Mộc nhưng đặc hơn nhiều, được nghiên cứu trong khu vực. Nó không đủ nặng để trở thành một ngôi sao mặc dù nằm cách chòm sao Lyra chỉ 20 năm ánh sáng, nhưng nó lại thừa nặng để trở thành một hành tinh. Chúng ta không biết liệu các vành đai bức xạ có thể tồn tại xung quanh các vật thể khác như ngoại hành tinh hay không vì chúng chưa bao giờ được nhìn thấy rõ ràng bên ngoài hệ mặt trời của chúng ta.

Theo giáo sư Evgenya Shkolnik, người đã dành nhiều năm để nghiên cứu từ trường và khả năng sinh sống của các ngoại hành tinh, "đây là bước quan trọng đầu tiên trong việc tìm kiếm thêm nhiều vật thể như vậy và mài giũa kỹ năng của chúng tôi để tìm kiếm các từ quyển ngày càng nhỏ hơn, cuối cùng cho phép chúng tôi nghiên cứu các hành tinh có kích thước bằng Trái đất, có khả năng sinh sống được."

Vành đai bức xạ mà nhóm nghiên cứu này tìm thấy là một cấu trúc khổng lồ, mặc dù thực tế là nó vô hình với mắt người. Đường kính bên trong của nó, có kích thước gần bằng 9 lần đường kính sao Mộc (cần nhớ rằng đường kính Mặt trời chỉ bằng 10 lần đường kính Sao Mộc), và đường kính ngoài của nó kéo dài ít nhất 18 đường kính sao Mộc. Cường độ mạnh hơn gần 10 triệu lần so với sao Mộc, vành đai bức xạ ngoài hệ Mặt trời mới được phát hiện này được tạo thành từ các hạt di chuyển gần tốc độ ánh sáng và phát sáng mạnh nhất ở bước sóng vô tuyến. Nó cũng sáng hơn hàng triệu lần so với Trái đất và chứa nhiều hạt năng lượng nhất so với bất kỳ hành tinh nào trong hệ Mặt trời. Bản thân nó cũng sáng hơn Trái đất hàng triệu lần.

Bằng cách sử dụng một kỹ thuật quan sát trứ danh mà chúng ta đã sử dụng để chụp ảnh lỗ đen ở trung tâm dải Ngân hà, nhóm nghiên cứu đã chụp được ba bức ảnh có độ phân giải cao về các electron phát xạ vô tuyến bị mắc kẹt trong từ quyển của sao lùn nâu LSR J1835+3259 trong vòng một năm.

Nhóm nghiên cứu đã giải quyết được môi trường từ tính động của sao lùn nâu, được gọi là "tầng từ", để lần đầu tiên quan sát thấy từ quyền một vật thể bên ngoài hệ mặt trời bằng cách phối hợp 39 đĩa vô tuyến trải dài từ Hawaii đến Đức để tạo ra kính viễn vọng cỡ Trái đất. Họ thậm chí có thể nhìn thấy hình dạng của từ trường đủ rõ ràng để suy luận rằng nó có khả năng là từ trường lưỡng cực giống như từ trường của Trái đất và sao Mộc.

Theo giáo sư Jackie Villadsen của Đại học Bucknell, thuộc nhóm nghiên cứu, "Bằng cách kết hợp các đĩa vô tuyến từ khắp nơi trên thế giới, chúng tôi có thể tạo ra những hình ảnh có độ phân giải cực cao để nhìn thấy những thứ chưa ai từng thấy. Độ mạnh của hệ thống quan sát của chúng tôi có thể so sánh với độ mạnh của chiếc kính giúp một người đứng ở Washington, D.C. đọc rõ hàng trên cùng của biểu đồ đo thị lực đặt tại California.

Trên thực tế, nhóm của Kao trước đó đã dự đoán rằng họ sẽ tìm thấy một vành đai bức xạ bao quanh ngôi sao lùn nâu này. Các nhà thiên văn vô tuyến đã quan sát thấy sao lùn nâu LSR J1835+3259 phát ra hai loại phát xạ vô tuyến có thể phát hiện được vào thời điểm nhóm thực hiện các quan sát này vào năm 2021. Bản thân Kao sáu năm trước, khi còn ở trong một nhóm nghiên cứu khác, đã xác nhận rằng phát xạ vô tuyến nhấp nháy định kỳ của nó, giống như ngọn hải đăng, là cực quang ở tần số vô tuyến.

Tuy nhiên, phát xạ vô tuyến ổn định hơn và yếu hơn trên sao lùn nâu LSR J1835+3259. Theo dữ liệu, những phát xạ mờ hơn này không thể đến từ các vệt sáng của sao và rất giống với các vành đai bức xạ của sao Mộc.

Theo phát hiện này của nhóm, hiện tượng như vậy có thể phổ biến hơn so với suy nghĩ ban đầu khi nó được phát hiện lần đầu tiên; nó có thể xảy ra không chỉ trên các hành tinh mà còn trên các sao lùn nâu, các ngôi sao có khối lượng thấp và thậm chí có thể là các ngôi sao rất cao.

Vùng xung quanh từ trường của một hành tinh, còn được gọi là từ quyển, bao gồm từ trường của Trái đất và có thể bảo vệ bầu khí quyển và các bề mặt của hành tinh khỏi bị tổn hại bởi các hạt vi sóng của Mặt trời và vũ trụ.

Kao nói: "Khi chúng ta xem xét khả năng sinh sống của các ngoại hành tinh, vai trò của từ trường trong việc duy trì môi trường ổn định là điều cần tính đến bên cạnh những thứ như bầu khí quyển và khí hậu."

Nghiên cứu của nhóm Kao cho thấy sự khác biệt về "hình dạng" và vị trí không gian của cực quang (tương tự như cực quang của Trái đất) so với vành đai bức xạ từ một vật thể bên ngoài hệ Mặt trời của chúng ta, ngoài vành đai đã được quan sát.

Theo Kao, cực quang có thể được sử dụng để đo cường độ từ trường nhưng không đo được hình dạng. Chúng tôi đã tạo thí nghiệm này để đánh giá hình dạng của từ trường trên các sao lùn nâu và cuối cùng là các ngoại hành tinh.

Các đặc điểm cụ thể của mỗi vành đai bức xạ cung cấp cho chúng ta thông tin về nguồn năng lượng, từ tính và hạt của hành tinh đó: nó quay nhanh như thế nào, từ trường của nó mạnh đến mức nào, nó ở gần sao mẹ đến mức nào, liệu nó có các mặt trăng có thể cung cấp nhiều hạt hơn không, liệu có các vành đai giống như sao Thổ sẽ hấp thụ chúng hay không, v.v. Tôi rất vui mừng về ngày mà chúng ta có thể tìm hiểu về các ngoại hành tinh có từ quyển, đồng nghĩa với khả năng bảo tồn sự sống.

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