Phát hiện hành tinh trẻ nhất đang hình thành

Bức ảnh chụp trực tiếp đầu tiên của một hành tinh đang trong quá trình hình thành xung quanh ngôi sao của nó là sản phẩm của các nhà thiên văn sử dụng kết hợp sức mạnh của kính thiên văn Keck 10 m và một chút thủ thuật quang học thủ công.

Cái các nhà thiên văn đang gọi là LkCa 15 b, trông giống như một “mầm hành tinh” nóng bao quanh bởi một vệt bụi và chất khí nguội hơn, là hành tinh đang trong quá trình hình thành. Các ảnh chụp cho thấy hành tinh đang hình thành trên nằm bên trong một khoảng trống rộng giữa ngôi sao bố mẹ còn trẻ và một cái đĩa bụi phía bên ngoài.

Ảnh phóng to phần chính giữa của vùng nhìn rõ xung quanh LkCa 15, gồm hai ảnh ghép tái dựng (màu xanh: 2,1 micron, 10/2010; màu đỏ: 3,7 micron) cho LkCa 15. Vị trí của ngôi sao trung tâm cũng được đánh dấu. (Ảnh: Kraus & Ireland, 2011)

“LkCa 15 b là hành tinh trẻ nhất từng được tìm thấy, trẻ hơn kỉ lục trước đây khoảng 5 lần”, phát biểu của nhà thiên văn Adam Kraus thuộc Viện Thiên văn học, Đại học Hawaii. “Khối khí khổng lồ non trẻ này đang hình thành từ bụi và chất khí. Trước đây, bạn không thể đo loại hiện tượng này vì nó xảy ra ở quá gần ngôi sao. Nhưng, đây là lần đầu tiên, chúng tôi đã có thể đo trực tiếp bản thân hành tinh cũng như vật chất bụi xung quanh nó”.

Trái: Đĩa chuyển tiếp bao quanh ngôi sao LkCa 15. Toàn bộ ánh sáng ở bước sóng này được phát ra bởi đám bụi lạnh trong đĩa. Cái lỗ ở giữa thể hiện khe trống bên trong với bán kính khoảng 55 lần khoảng cách từ Trái đất đến Mặt trời. Phải: Ảnh phóng to phần chính giữa của vùng nhìn rõ xung quanh LkCa 15, gồm hai ảnh ghép tái dựng (màu xanh: 2,1 micron, 10/2010; màu đỏ: 3,7 micron) cho LkCa 15. Vị trí của ngôi sao trung tâm cũng được đánh dấu. (Ảnh: Kraus & Ireland 2011)

Kraus đã trình bày khám phá trên tại cuộc họp hôm 19/10 tại Trung tâm Du hành Vũ trụ Goddard của NASA. Cuộc họp đã thông qua một bài báo nghiên cứu về khám phá trên của Kraus và Michael Ireland (Đại học Macquarie và Đài thiên văn Australia), trên tạp chí The Astrophysical Journal (bản thảo có tại http://arxiv.org/abs/1110.3808)

Thủ thuật quang học thủ công mà các nhà thiên văn sử dụng là kết hợp sức mạnh Quang học Thích ứng của Kính thiên văn Keck với một kĩ thuật gọi là giao thoa kế mặt nạ mở. Cái thứ nhất là sử dụng một cái gương có thể biến dạng để hiệu chỉnh nhanh sự méo ảnh do khí quyển đối với ánh sáng sao. Cái thứ hai là đặt một mặt nạ nhỏ có một vài lỗ trống trên đường đi của ánh sáng thu gom và tập trung bởi một kính thiên văn khổng lồ. Với kết hợp đó, các nhà khoa học có thể thao tác với các sóng ánh sáng.

“Điều đó giống như chúng tôi có một ma trận gồm những cái gương nhỏ”, Kraus nói. “Chúng tôi có thể điều khiển ánh sáng và triệt tiêu sự méo ảnh”. Kĩ thuật trên cho phép các nhà thiên văn triệt tiêu ánh sáng rực rỡ của các ngôi sao. Sau đó họ có thể phân giải các đĩa bụi xung quanh ngôi sao và nhìn thấy những khoảng trống trong những lớp bụi nơi các mầm hành tinh có lẽ đang ẩn náu.

Vị trí của LkCa 15 có thể tìm thấy bằng sơ đồ này. (Ảnh: Kraus & Ireland 2011)

“Phép đo giao thoa thật ra đã có từ những năm 1800, nhưng qua việc sử dụng thiết bị quang thích ứng, người ta chỉ mới có thể vươn tới những mặt trời trẻ ở gần trong khoảng 7 năm qua”, tiến sĩ Ireland nói. “Kêt từ đó, chúng tôi đã và đang cố gắng đẩy kĩ thuật trên đến giới hạn của nó bằng cách sử dụng những kính thiên văn lớn nhất trên thế giới, đặc biệt là Keck”.

Khám phá ra LkCa 15 b bắt đầu dưới dạng một khảo sát 150 ngôi sao bụi trẻ trong những vùng đang hình thành sao. Khảo sát đó đã đưa đến sự nghiên cứu tập trung hơn vào chừng một tá ngôi sao.

“LkCa 15 chỉ mới là mục tiêu thứ hai của chúng tôi, và chúng tôi lập tức biết rằng chúng tôi đang nhìn thấy cái gì đó mới mở”, Kraus nói. “Chúng tôi có thể nhìn thấy một nguồn điểm mờ nhạt ở gần ngôi sao đó, vì nghĩ nó có thể là một hành tinh kiểu Mộc tinh nên chúng tôi đã trở lại một năm sau đó để thu thập thêm dữ liệu”.

Nghiên cứu kĩ hơn ở những bước sóng khác nhau, các nhà thiên văn bất ngờ phát hiện thấy hiện tượng trên phức tạp hơn so với một vật thể đồng hành.

“Chúng tôi nhận ra mình đã phát hiện ra một hành tinh khí cỡ siêu Mộc tinh, nhưng chúng tôi còn có thể đo bụi và chất khí xung quanh nó. Chúng tôi đã tìm thấy một hành tinh, có lẽ là cả một hệ mặt trời tương lai đang ở giai đoạn rất sớm của nó”, Kraus nói.

Tiến sĩ Kraus và Ireland dự định tiếp tục những quan sát của họ về LkCa 15 và những ngôi sao trẻ lân cận khác trong nỗ lực nhằm xây dựng một bức tranh rõ ràng hơn của sự hình thành các hành tinh và hệ mặt trời.

Nguồn: Đài thiên văn W. M. Keck