Các hành tinh cỡ Trái đất có lẽ phổ biến hơn chúng ta nghĩ

Một phần nhỏ của trường nhìn đầy đủ của Kepler – một mảng trời trải rộng 100 độ vuông trong Dải Ngân hà. Một đám sao 8 tỉ năm tuổi, cách Trái đất 13.000 năm ánh sáng, tên gọi là NGC 6791, có thể nhìn thấy. (Ảnh: NASA/Ames/JPL-Caltech)

Hầu như cứ một trong bốn ngôi sao kiểu Mặt trời là có chứa một hành tinh cỡ Trái đất, đó là theo các nhà nghiên cứu người Mĩ. Kết quả của họ nêu ra các nghi vấn về các mô hình lâu nay của sự hình thành hành tinh cho rằng khó tìm thấy các hành tinh khối lượng thấp ở gần ngôi sao bố mẹ của chúng, ngụ ý rằng các hệ sao như hệ mặt trời của chúng ta có thể phổ biến hơn chúng ta nghĩ từ trước đến nay. Kết quả trên còn cho rằng sứ mệnh Kepler của NASA, hiện đang săn lùng các hành tinh giống Trái đất, có thể phát hiện hơn 250 “thế giới địa cầu đáng tin cậy”.

Sự đông đúc của những thế giới ngoài hành tinh đã biết, tổng cộng gần 500 hành tinh đã được phát hiện ra kể từ giữa thập niên 1990, hiện đang nghiêng về phía các hành tinh cỡ Mộc tinh dễ phát hiện hơn, đang quay gần ngôi sao chủ của chúng. Chỉ những tiến bộ công nghệ gần đây mới cho phép tìm kiếm các hành tinh có khối lượng cỡ Trái đất. Nhưng các mô hình hiện có của sự hình thành hệ mặt trời tiên đoán một “sa mạc hành tinh” ở gần ngôi sao: thiếu vắng các hành có khối lượng bằng 1-300 lần Trái đất và chu kì quỹ đạo chưa tới 50 ngày. Nay, một đội gồm các nhà thiên văn học, trong đó có Geoff Marcy tại trường đại học California ở Berkeley, đang thách thức sự hiểu biết được chấp nhận này.

“Đây là lần đầu tiên người ta đo được tỉ lệ các ngôi sao có các hành tinh nhỏ hơn”, Marcy, thường được tôn vinh là nhà săn lùng hành tinh mắn đẻ nhất của mọi thời đại, phát biểu. Đội của ông đã sử dụng dữ liệu thu thập từ kính thiên văn Keck ở Hawaii liên quan đến 166 ngôi sao có khối lượng bằng 0,54 đến 1,28 khối lượng mặt trời, toàn bộ nằm cách Trái đất trong cự li 80 năm ánh sáng. Độ lệch Doppler của ánh sáng sao, kết quả của sự lắc lư của ngôi sao dưới sức hút hấp dẫn của một hành tinh ngoại đang quay xung quanh, tiết lộ có tổng cộng 33 hành tinh quay xung quanh khoảng 22 ngôi sao.

Đừng quên các hành tinh còn thiếu

Đội của Marcy còn cố gắng đếm số hành tinh có thể bị bỏ sót do các giới hạn độ nhạy của thiết bị của họ. “Chúng tôi muốn biết khối lượng hành tinh cực đại có thể tiềm ẩn trong dữ liệu của chúng tôi là bao nhiêu. Nếu như có một hành tinh khối lượng lớn hơn thế thì chúng tôi sẽ trông thấy nó”, Marcy giải thích. Phân tích mẫu thống kê này đã cho phép họ suy luận ra các hành tinh “còn thiếu” nằm kế cận các hành tinh đã được xác nhận.

Thông tin này, từ các trường hợp đã được xác nhận lẫn trường hợp được suy luận ra, đã được sử dụng để mô phỏng xác suất của các hành tinh kế cận là một hàm của khối lượng của một hành tinh. Hóa ra định luật lũy thừa phù hợp tốt nhất với dữ liệu trên, ngụ ý rằng khối lượng của hành tinh càng nhỏ, thì khả năng nó tồn tại càng lớn. Điều này cho thấy “sa mạc hành tinh” không phải là xứ khô cằn khốc liệt như trước đây mường tượng. “Các quan sát của chúng tôi không phù hợp với các dự đoán lí thuyết. Giờ chúng tôi biết rằng vũ trụ có nhiều hành tinh cỡ Trái đất hơn là các hành tinh cỡ Mộc tinh”, Marcy nói. Định luật lũy thừa của ông dự đoán xác suất cho một ngôi sao kiểu mặt trời có một hành tinh cỡ Trái đất là 23% - gần bằng một phần tư. Các kết quả đã công bố trên tạp chí Science.

Tuy nhiên, nghiên cứu trên bị hạn chế, bởi công nghệ hiện nay, chỉ với các hành tinh mô phỏng có bán kính quỹ đạo chưa tới một phần tư khoảng cách Mặt trời-Trái đất. Vì thế, kết quả của Marcy có thể vẫn hứa hẹn trong cuộc săn lùng “anh em song sinh” của Trái đất: một hành tinh cỡ Trái đất đang quay trong quỹ đạo bằng khoảng cách Trái đất-Mặt trời. “Các mô hình hiện nay cho thấy đa số các hành tinh hình thành ở cách xa ngôi sao của chúng; bạn sẽ tìm thấy nhiều hành tinh hơn ở những chu kì quỹ đạo lớn hơn”, theo Coel Hellier, một nhà nghiên cứu hành tinh ngoại tại trường đại học Keele. “Nghiên cứu này dự đoán một xác suất 23% tìm thấy các hành tinh khối lượng cỡ Trái đất, chu kì ngắn, vì thế sẽ còn có nhiều hành tinh nữa; có lẽ gần như mọi ngôi sao kiểu mặt trời đều có một hành tinh cỡ Trái đất”, ông nói.

Tìm kiếm một Trái đất thứ hai

Tuy nhiên, chỉ với việc một hành tinh có khối lượng gần bằng Trái đất, thì không nhất thiết có nghĩa là nó giống Trái đất. “Các hành tinh với khối lượng cỡ vài lần Trái đất có thể khác về mặt lượng với các hành tinh khối lượng một Trái đất. Chúng có thể lớn hơn nhiều, có khả năng giống như các tiểu Hải vương tinh, với rất nhiều nước và ít đá”, Marcy cảnh báo.

Nhưng các kết quả sơ bộ từ kính thiên văn vũ trụ Kepler của NASA, thiết bị đo bán kính của một hành tinh thay cho khối lượng của nó, đang tỏ ra có triển vọng. “Nhiều ứng cử viên hành tinh của Kepler dường như có bán kính nhỏ, phù hợp với nghiên cứu của chúng tôi; sau hết thảy, chúng có thể giống với Trái đất. Đội nghiên cứu dự đoán rằng kính thiên văn Kepler có thể tìm thấy 120-260 “thế giới ngoài hành tinh đáng tin cậy”. “Chúng tôi đang bắt đầu nhận thấy những tín hiệu đáng ngờ rằng các Trái đất có ở ngoài kia với số lượng lớn”, ông nói.

Trong khi đó, một cặp nghiên cứu ở Mĩ và Thụy Sĩ đã bắt tay vào nghiên cứu một đối thủ Trái đất một cách chi tiết hơn. Kevin Heng tại trường ETH Zurich và Steven Vogt tại trường đại học California đã mô phỏng vòng tuần hoàn khí quyển trên Gliese 581g, một “siêu Trái đất” phát hiện ra vào năm 2009. Công bố các kết quả của họ trong một bài báo đăng trên website bản thảo arXiv, các nhà nghiên cứu trên cho rằng những vị trí đặc biệt thích hợp cho sự sống tùy thuộc vào hành tinh đó có bị khóa thủy triều hay không và sự nguội đi do bức xạ xảy ra nhanh như thế nào ở cấp độ toàn cầu.

Nguồn: physicsworld.com
Tác giả: Colin Stuart
Ngày: 28/10/2010