Các nhà thiên văn học sử dụng các kính thiên văn của ESO và các phương tiện khác đã phát hiện bằng chứng rõ ràng của một hành tinh quay quanh ngôi sao gần Hệ Mặt Trời nhất, Proxima Centauri (Cận Tinh).

Vật Lý Thiên Văn - Chia sẻ niềm đam mê!

Hình 1: Hình vẽ minh họa hành tinh Proxima b có quỹ đạo quay quanh ngôi sao Cận Tinh (Proxima Centauri). Credit: ESO/M. Kornmesser.

Sau một thời gian dài tìm kiếm, cuối cùng chúng ta cũng tìm thấy một ngoại hành tinh, được định danh là Proxima b, có quỹ đạo quanh ngôi sao chủ màu đỏ lạnh của nó với chu kỳ 11 ngày, và có một mức nhiệt độ cho phép tồn tại nước ở dạng lỏng trên bề mặt của nó. Hành tinh đá này nặng hơn Trái Đất một chút và là ngoại hành tinh gần chúng ta nhất - và nó có thể cũng là hành tinh gần nhất có khả năng hỗ trợ sự sống ở bên ngoài Hệ Mặt Trời. Một bài báo mô tả phát hiện quan trọng này sẽ được công bố trên tạp chí Nature ngày 25 tháng Tám, 2016.

Chỉ cách hơn 4 năm ánh sáng từ Hệ Mặt Trời là một ngôi sao lùn đỏ được đặt tên là Proxima Centauri (tên tiếng Việt: Cận Tinh). Đây là ngôi sao ở gần Trái Đất nhất nếu không tính đến Mặt Trời. Ngôi sao lạnh này nằm ở phía chòm sao Nhân Mã. Ánh sáng từ ngôi sao này rất yếu nên không thể nhìn thấy bằng mắt thường và nó nằm cạnh một cặp sao rất sáng gọi là Alpha Centauri AB.

Trong nửa đầu năm 2016, Proxima Centauri đã được quan sát thường xuyên bởi máy quang phổ HARPS trên kính thiên văn 3.6 mét của ESO tại La Silla ở Chile, và đồng thời được theo dõi liên tục bởi các kính thiên văn khác trên khắp thế giới [1]. Chuỗi sự kiện quan sát đồng loạt này được gọi là chiến dịch "Chấm Đỏ Nhạt" (the Pale Red Dot, đặt tên tương tự với "Chấm Xanh Nhạt" - the Pale Blue Dot - ám chỉ Trái Đất khi được nhìn từ rất xa), trong đó có một nhóm các nhà thiên văn học dẫn đầu bởi Guillem Anglada-Escudé, đến từ Đại học Queen Mary London, đã tìm kiếm những rung động nhỏ qua lại của ngôi sao có thể được gây ra bởi lực hấp dẫn của một hành tinh có thể tồn tại đang quay quanh [2].

Vật Lý Thiên Văn - Chia sẻ niềm đam mê!

Hình 2: Vị trí của Cận Tinh trên bầu trời phương nam. Credit: Y. Beletsky (LCO)/ESO/ESA/NASA/M. Zamani

Bởi vì đây là chủ đề thu hút sự quan tâm rộng rãi của cộng đồng, nên diễn biến của chiến dịch từ giữa tháng Một đến tháng Tư 2016 đã được chia sẻ công khai trên trang web của the Pale Red Dot và trên các phương tiện truyền thông xã hội. Các báo cáo được truyền tải với nhiều bài báo liên quan viết bởi các chuyên gia trên toàn thế giới đã được cập nhật liên tục.

Guillem Anglada-Escudé giải thích về nền tảng của cuộc tìm kiếm độc đáo này: "Các gợi ý đầu tiên của một hành tinh có thể tồn tại đã được phát hiện trở lại vào năm 2013, nhưng việc phát hiện đã không thuyết phục. Kể từ đó chúng tôi đã làm việc cật lực để có được các quan sát tốt hơn với sự giúp đỡ của ESO và các cơ quan khác. Chiến dịch Chấm Đỏ Nhạt gần đây đã diễn ra được khoảng hai năm theo kế hoạch".

Vật Lý Thiên Văn - Chia sẻ niềm đam mê!

Hình 3: Ngôi sao Cận Tinh và hành tinh Proxima b (bên phải) khi so sánh với Hệ Mặt Trời (bên trái). Credit: ESO/M. Kornmesser/G. Coleman.

Dữ liệu của the Pale Red Dot, được kết hợp với các quan sát trước đó thực hiện tại các đài quan sát của ESO và những nơi khác, tiết lộ những tín hiệu rõ ràng của một kết quả thật sự gây phấn khích. Có những thời điểm Proxima Centauri di chuyển lại gần phía Trái Đất với vận tốc khoảng 5 km/h - tương đương với vận tốc đi bộ của một người bình thường - và có những thời điểm nó lùi ra xa với vận tốc tương tự. Vận tốc xuyên tâm đều đặn này được lặp lại với chu kỳ 11.2 ngày. Các phân tích cẩn thận của các dịch chuyển Doppler rất nhỏ này cho thấy ở đó có sự hiện diện của một hành tinh với khối lượng tối thiểu là 1.3 lần khối lượng Trái Đất, với quỹ đạo cách ngôi sao này khoảng 7 triệu km - chỉ bằng 5% khoảng cách giữa Trái Đất với Mặt Trời [3].

Guillem Anglada-Escudé bình luận về sự phấn khích trong vài tháng qua: "Tôi liên tục kiểm tra sự phù hợp của tín hiệu mỗi ngày trong suốt 60 đêm của chiến dịch the Pale Red Dot. 10 ngày đầu tiên đầy hứa hẹn, 20 ngày tiếp theo đã có kết quả phù hợp với mong đợi, và 30 ngày sau đó các kết quả hết sức rõ ràng, do đó chúng tôi bắt đầu soạt thảo bài báo!"

Vật Lý Thiên Văn - Chia sẻ niềm đam mê!

Hình 4: Chuyển động của ngôi sao Cận Tinh trong năm 2016, tiết lộ dấu hiệu của sự hiện diện một hành tinh quay quanh nó. Credit: ESO/G. Anglada-Escudé.

Những sao lùn đỏ như Proxima Centauri là những ngôi sao hoạt động và có thể thay đổi theo những cách bắt chước tương tự với trường hợp có hiện diện của một hành tinh. Để loại trừ khả năng này, nhóm nghiên cứu cũng đã giám sát sự thay đổi độ sáng của ngôi sao rất cẩn thận trong suốt chiến dịch sử dụng kính thiên văn ASH2 ở Đài quan sát Khám phá Thiên văn San Pedro de Atacama (San Pedro de Atacama Celestial Explorations Observatory, Chile), và mạng lưới các kính thiên văn của Đài quan sát Las Cumbres. Dữ liệu vận tốc xuyên tâm thu được khi ngôi sao đang bùng phát đã bị loại bỏ từ phân tích cuối cùng.

Mặc dù Proxima b có quỹ đạo gần ngôi sao hơn cả quỹ đạo của Sao Thủy quanh Mặt Trời, thì bản thân ngôi sao này cũng yếu hơn Mặt Trời rất nhiều. Kết quả là Proxia b nằm lọt trong vùng hỗ trợ sự sống (habitable zone) xung quanh ngôi sao và có một nhiệt độ bề mặt ước tính cho phép sự hiện diện của nước ở trạng thái lỏng. Tuy nhiên, cho dù có quỹ đạo nhiệt thuận lợi, thì các điều kiện trên bề mặt của Proxima b có thể chịu ảnh hưởng mạnh bởi các bùng phát tia cực tím và tia X từ ngôi sao, mạnh hơn rất nhiều so với ảnh hưởng trên Trái Đất của bức xạ Mặt Trời [4].

Vật Lý Thiên Văn - Chia sẻ niềm đam mê!

Hình 5: Hình vẽ minh họa hành tinh Proxima b quay quanh ngôi sao Cận Tinh (Proxima Centauri). Credit: ESO/M. Kornmesser.

Hai bài báo riêng biệt thảo luận về khả năng tồn tại sự sống của Proxima b và khí hậu của nó. Họ phát hiện rằng sự tồn tại của nước dạng lỏng trên hành tinh hiện nay không thể loại trừ, và trong trường hợp này, nó có thể xuất hiện trên bề mặt của hành tinh chỉ ở những nơi có nhiều nắng, hoặc trong một khu vực ở phần bán cầu của hành tinh hướng về phía ngôi sao (quay đồng bộ) hoặc trong một vành đai nhiệt đới (quay cộng hưởng 3:2). Sự tự quay của Proxima b, bức xạ mạnh từ ngôi sao của nó và lịch sử hình thành của hành tinh tạo nên khí hậu của hành tinh này khác xa với Trái Đất, và chưa thể khẳng định Proxima b có các mùa hay không.

Khám phá này sẽ là sự khởi đầu cho các quan sát rộng rãi tiếp theo, cả với các công cụ hiện tại [5] và với các kính thiên văn khổng lồ thế hệ tiếp theo chẳng hạn như Kính thiên văn Cực Lớn Châu Âu (European Extremely Large Telescope - E-ELT). Proxima b sẽ là một mục tiêu hàng đầu cho việc săn tìm bằng chứng của sự sống trong vũ trụ. Thật vậy, hệ sao Alpha Centauri cũng là mục tiêu cho nỗ lực đầu tiên của nhân loại để du hành đến một hệ sao khác, đó chính là dự án StarShot được Stephen Hawking, tỷ phú Yuri Milner và Mark Zurkberg hậu thuẫn.

Guillem Anglada-Escudé kết luận: "Nhiều ngoại hành tinh đã được phát hiện và sẽ có thêm nhiều ngoại hành tinh nữa sẽ được tìm thấy, nhưng việc tìm kiếm các hành tinh giống Trái Đất ở gần chúng ta nhất và đang gặt hái thành công đã là thử thách cả đời của tất cả chúng ta. Nhiều câu chuyện và nỗ lực cá nhân đã hội tụ vào trong khám phá này. Kết quả cũng là một sự đền đáp đến tất cả những nỗ lực đó. Công cuộc tìm kiếm sự sống trên Proxima b đã bắt đầu..."

Video giới thiệu về phát hiện quan trọng này: 

Ghi chú:

  1. Bên cạnh dữ liệu từ chiến dịch the Pale Red Dot gần đây, bài báo cũng kết hợp sự đóng góp của các nhà khoa học đã từng quan sát ngôi sao Cận Tinh trong nhiều năm. Danh sách này cũng bao gồm các thành viên của chương trình gốc UVES/ESO M-dwarf (Martin Kürster và Michael Endl), và những người tiên phong tìm kiến ngoại hành tinh như R. Pail Butler. Các quan sát công khai từ nhóm nghiên cứu HARPS/Geneva thu được trong nhiều năm cũng đã được bao gồm.
  2. Cái tên Chấm Đỏ Nhạt (the Pale Red Dot) được lấy ý tưởng từ một tên gọi nổi tiếng của Carl Sagan ám chỉ Trái Đất như một chấm màu xanh nhạt. Vì Cận Tinh là một ngôi sao lùn đỏ, nên nó sẽ chiếu vào hành tinh quanh quanh nó một ánh sáng màu đỏ nhạt.
  3. Những phát hiện được báo cáo hôm nay về mặt kỹ thuật đã được xem là tiềm năng trong 10 năm qua. Trong thực tế, các tín hiệu với biên độ nhỏ hơn đã được phát hiện trước đây. Tuy nhiên, các ngôi sao không phải là những quả bóng khí nhẵn mịn và Cận Tinh cũng là một ngôi sao hoạt động. Việc phát hiện tin cây của hành tinh Proxima b chỉ có thể có khả năng sau khi đạt được một hiểu biết cụ thể về cách mà ngôi sao thay đổi trong các khoảng thời gian từ vài phút đến 1 thập kỷ, và việc giám sát độ sáng của nó bằng các kính thiên văn quang kế.
  4. Sự phù hợp thực tế của dạng hành tinh hỗ trợ nước và sự sống tương tự Trái Đất là một vấn đề của các cuộc tranh luận dữ dội, nhưng hầu hết là về mặt lý thuyết. Mối quan tâm hàng đầu chống lại sự hiện diện của sự sống liên quan đến khoảng cách quá gần ngôi sao. Chẳng hạn, lực hấp dẫn có thể khóa một mặt của hành tinh được chiếu sáng vĩnh viễn, trong khi mặt còn lại là đêm tối vĩnh hằng. Bầu khí quyển của hành tinh cũng từ từ bốc hơi hoặc có nhiều chất hóa học phức tạp hơn Trái Đất do bức xạ cực tím và tia X rất mạnh, đặc biết là trong vòng 5 tỷ năm đầu tiên của cuộc đời ngôi sao. Tuy vậy, không một lý do nào được chứng minh một cách thuyết phục và chúng không có khả năng được giải quyết nếu không có các bằng chứng quan sát trực tiếp và các đặc tính của bầu khí quyển hành tinh. Các yếu tố tương tự áp dụng cho các hành tinh mới được phát hiện gần đây xung quanh TRAPPIST-1.
  5. Một số phương pháp nghiên cứu bầu khí quyển của một hành tinh phụ thuộc vào sự đi ngang qua của nó phía trước ngôi sao chủ và ánh sáng từ ngôi sao đi xuyên qua bầu khí quyển hành tinh đó trên được đi đến Trái Đất. Hiện nay không có một bằng chứng nào về việc Proxima b đi ngang qua đĩa ngôi sao chủ của nó, và cơ hội cho điều này có thể xảy ra dường như là rất nhỏ, nhưng các quan sát tiếp theo để kiểm tra khả năng này vẫn đang được tiến hành.

Nguồn: ESO

Tham khảo:

Author: Hien PHAN
Nguyên chủ nhiệm CLB Thiên văn Bách khoa - PAC (nay là CLB Thiên văn học Đà Nẵng - DAC); Nghiên cứu sinh ngành Vật lý thiên văn tại APC Laboratory, Paris Diderot University, Cộng hòa Pháp.