‘Hành tinh trái khuấy’ tiết lộ phương pháp mới trong nghiên cứu hệ sao đôi

0
50

Thoạt nhìn, hành tinh này có vẻ như một loại hành tinh trái khuấy, tuy nhiên kết quả quan sát được lại tiết lộ một phương pháp mới trong nghiên cứu hệ sao đôi, được phát hiện bởi một học viên ngành thiên văn thuộc đại học Washington.

Hành tinh trái khuấy
Hình ảnh nghệ thuật ấn tượng minh họa hệ thống sao đôi KOI-3278. (Đại học Washington)

Cùng làm việc với nhà thiên văn học Eric Agol thuộc ĐH Washington, học viên tiến sĩ Ethan Kruse đã xác nhận hệ thống sao đôi “tự thấu kính” (self-lensing) đầu tiên – mà trong đó khối lượng của ngôi sao gần hơn có thể được đo bởi khả năng của nó trong việc khuếch đại ánh sáng của ngôi sao đồng hành xa hơn.

Mặc dù, mặt trời của chúng ta đứng riêng rẽ, nhưng lại có khoảng 40% ngôi sao tương tự thuộc hệ sao nhị phân (sao đôi) hoặc các hệ đa sao, thiết lập quỹ đạo của ngôi sao đồng hành  nhờ vào dao động lực hấp dẫn.

Khám phá của Kruse đã xác thực dự đoán của một nhà thiên văn học vào năm 1973 về sự tồn tại của một hệ thống sao tương tự, dự đoán này căn cứ trên các mô hình tiến hóa của sao qua thời gian. Một bài viết bởi Kruse và Agol đã được công bố trên ấn phẩm ngày 18 tháng 4 của tạp chí Khoa Học.

Giống như một số các khám phá thú vị khác, phát hiện này là một sự tình cờ.

QC

Các nhà thiên văn học luôn cho rằng các hành tinh quá xa thì khó lòng mà quan sát trực tiếp do ánh sáng bị lu mờ khi một hành tinh khác đi qua, hoặc quá cảnh trước mặt ngôi sao cần quan sát. Kruse khi đó đang tìm kiếm một số hiện tượng quá cảnh khác có thể bị Kính viễn vọng Không gian Săn lùng-hành tinh (Kepler) bỏ qua, trong quá trình tìm kiếm này, ông nhận thấy có điều gì đó không hợp lí trong hệ sao đôi KOI-3278.

“Về cơ bản thứ tôi tìm thấy trông giống như một hành tinh trái khuấy,” Kruse nói. “Thông thường, bạn mong đợi rằng vào giai đoạn này thì ánh sáng bị lu mờ đi, nhưng thứ bạn thấy trong hệ này về căn bản là hoàn toàn ngược lại – trông nó như là một dấu hiệu phản đối việc quá cảnh.”

Hai ngôi sao của KOI-3278, cách khoảng 2600 năm ánh sáng (1 năm ánh sáng là 5.88 tỷ dặm) so với chòm sao Lyra (Thiên Cầm), thay nhau đến gần Trái Đất khi chúng quay quanh nhau hết một quỹ đạo quay là 88.18 ngày. Khoảng cách giữa chúng là khoảng 43 triệu dặm, gần bằng khoảng cách từ sao Thủy đến Mặt trời. Sao lùn trắng (một trong hai ngôi sao của hệ sao đôi này), vốn là một ngôi sao nguội đang trong giai đoạn cuối của sự sống, có kích cỡ tương đương với Trái đất nhưng nặng gấp 200.000 lần.

Việc gia tăng ánh sáng thay vì bị lu  mờ như Kruse tưởng, là do ngôi sao lùn trắng này đã uốn cong và khuếch đại ánh sáng từ người hàng xóm xa hơn thông qua hiện tượng thấu kính hấp dẫn, một hiệu ứng giống như một chiếc kính lúp.

“Ý tưởng cơ bản là khá đơn giản,” Agol nói. “Lực hấp dẫn bẻ cong không gian và thời gian cũng giống với khi ánh sáng truyền tới chúng ta thực ra cũng đã bị bẻ cong và đổi hướng. Do đó, bất kỳ vật hấp dẫn nào tức là vật có khối lượng đều hoạt động như một chiếc kính lúp,” mặc dù sẽ có cái rất yếu. “Bạn thật sự cần một khoảng cách thật lớn để tạo được hiệu ứng.”

“Điều hay ho trong trường hợp này đó là hiệu ứng thấu kính rất mạnh, và chúng ta có thể sử dụng để đo khối lượng của ngôi sao lùn trắng gần hơn này. Và thay vì bị lu mờ thì bây giờ bạn thấy ánh sáng rõ ràng hơn thông qua sự phóng đại hấp dẫn.”

Khám phá này cải tiến trên nghiên cứu năm 2013 bởi Viện Công nghệ California, qua đó phát hiện một hiệu ứng tự thấu kính tương tự nhưng phải trừ đi độ sáng của ánh sáng bởi vì hai ngôi sao đang được nghiên cứu ở quá gần nhau.

“Hiệu ứng trong hệ này mạnh hơn nhiều,” Agol nói. “Khoảng cách càng xa thì hiệu ứng càng lớn.”

Thấu kính hấp dẫn là một công cụ phổ biến trong thiên văn học. Nó từng được sử dụng để phát hiện các hành tinh xung quanh các ngôi sao xa xôi trong hệ Ngân Hà, và là một trong những phương pháp đầu tiên được sử dụng để xác nhận thuyết tương đối rộng của Albert Einstein. Những thấu kính trong hệ Ngân Hà, như cái này, được gọi là vi thấu kính.

Nhưng cho đến nay, hiệu ứng này chỉ được xem là một khoảnh khắc thoáng qua của một ngôi sao xa tiến lại gần, hoặc là chẳng có liên hệ gì mà chỉ là sắp xếp ngay hàng thẳng lối rồi sau đó đường ai nấy đi.

“Cơ hội này thực sự không thể xảy ra,” Agol nói. “Vì hai sao này đi qua thiên hà chúng ta và sẽ không bao giờ trở lại một lần nữa, do đó bạn chỉ có thể thấy hiệu ứng vi thấu kính đó một lần và không bao giờ lặp lại. Dù rằng, các ngôi sao đang quay quanh nhau và lặp lại theo chu kì mỗi 88 ngày.”

Theo các nhà thiên văn học, sao lùn trắng rất quan trọng trong ngành thiên văn, và được sử dụng như yếu tố xác định tuổi trong thiên hà. Về cơ bản tàn tro của các ngôi sao bốc cháy, sao lùn trắng sẽ nguội xuống với một tốc độ cụ thể qua thời gian. Với thấu kính này, các nhà thiên văn học có thể tìm hiểu về khối lượng và nhiệt độ của nó với độ chính xác cao hơn nhiều, và các bước quan sát tiếp theo có thể cho ra kích thước của nó.

Bằng cách mở rộng hiểu biết về sao lùn trắng, các nhà thiên văn học đã tiến một bước gần hơn để tìm hiểu về tuổi đời của hệ thiên hà.

“Đây là một thành tích đáng kể đối với một sinh viên sau đại học,” Agol nói.

Hai người này đã tranh thủ thời gian để sử dụng Kính Viễn vọng Không gian Hubble trong nghiên cứu chi tiết hơn về KOI-3278, và để xem liệu có các hệ sao tương tự đang chờ được khám phá trong dữ liệu Kepler hay không.

“Nếu mọi người bỏ lỡ điều này, thì có thể còn bỏ lỡ nhiều thứ khác nữa,” Kruse nói.

Nghiên cứu được tài trợ bởi các khoản tài trợ từ Quỹ Khoa học Quốc gia (#AST 0645416) và NASA (#12-OSS12-0011).

Bởi: Đại học Washington

Xem thêm: