Hành tinh ngoại – những thế giới xa xôi mời gọi

Hành tinh ngoại (exoplanet) là những hành tinh nằm bên ngoài hệ mặt trời. (Có nơi gọi là “ngoại hành tinh”, nhưng Thuvienvatly.com vẫn thích cái tên “hành tinh ngoại”, theo kiểu như “hàng ngoại”.) Bắt đầu với khám phá đầu tiên vào năm 1992, cho đến nay các nhà thiên văn đã tìm ra khoảng 837 hành tinh như thế trong 660 hệ hành tinh trong Dải Ngân hà. Các nhà nghiên cứu tin rằng họ sẽ tìm thấy nhiều hành tinh nữa – một nghiên cứu trong năm 2012 đã ước tính rằng mỗi ngôi sao thuộc chừng 100 tỉ sao trong Dải Ngân hà có chứa trung bình ít nhất 1,6 hành tinh.

Ảnh minh họa GJ1214b, một siêu Trái đất đang quay xung quanh một sao lùn đỏ ở cách chúng ta 40 năm ánh sáng. Những quan sát mới cho thấy nó là một thế giới nước bọc trong một khí quyển dày, ẩm ướt hơi nước. GJ 1214b tiêu biểu cho một loại hành tinh mới, không giống bất cứ cái gì từng thấy trong hệ mặt trời hay những hệ hành tinh khác mà chúng ta biết.

Đa số các hành tinh mà các nhà thiên văn tìm thấy không giống với Trái đất của chúng ta. Chúng có những đặc trưng gần với Mộc tinh hay Hải Vương tinh – những hành tinh khí khổng lồ.

Chưa tới 5% hành tinh ngoại đã biết là có thể nhìn thấy trực tiếp qua kính thiên văn, cho nên các nhà thiên văn có những kĩ thuật khác để tìm kiếm chúng.

Phương pháp thông dụng nhất là quang phổ Doppler, một kĩ thuật đã tìm ra chừng 90% số hành tinh ngoại đã biết. Nó sử dụng các phép đo vận tốc xuyên tâm khảo sát độ lệch Doppler trong quang phổ của ngôi sao mà hành tinh ngoại quay xung quanh. Các nhà thiên văn tìm kiếm những biến thiên hết sức nhỏ ở vận tốc xuyên tâm của ngôi sao (tức là sự “chao đảo” của nó). Ví dụ, Mộc tinh làm cho Mặt trời biến thiên vận tốc chừng 13 m/s trong một chu kì 12 năm. Bằng cách lần theo những biến thiên này theo thời gian, các nhà thiên văn có thể ước tính khối lượng tối thiểu của một hành tinh.

Một cách khác nhận ra hành tinh ngoại là quan sát độ sáng của ngôi sao bố mẹ. Nếu nó mờ đi trong một khoảng thời gian ngắn, thì nó có thể cho biết một sự đi qua – một hành tinh đi qua phía trước ngôi sao. Đây là phương pháp hữu dụng thứ hai để khám phá hành tinh ngoại, nhưng nó đưa đến nhiều nhầm lẫn. Ngoài ra, một số nhà thiên văn còn sử dụng thuật đo sao – xác định vị trí của một ngôi sao trên bầu trời và nhìn xem nó biến thiên vị trí chút ít như thế nào, cái có thể cho biết sự có mặt của một hành tinh ở gần đó.

Kích cỡ tương đối của các hành tinh đã biết do kính thiên văn Kepler phát hiện ra, so sánh với Trái đất và Mộc tinh

Đa số các hành tinh ngoại đã được tìm ra bằng kính thiên văn mặt đất, nhưng kính thiên văn vũ trụ có thể làm công việc đó tốt hơn. Một dự án gọi là Sứ mệnh Gaia, sắp phóng lên vào tháng 3/2013, sẽ sử dụng thuật đo sao để xác định khối lượng thật sự của 1.000 hành tinh ngoại ở gần. Như NASA cho biết, vùng không gian khảo sát sẽ chỉ hạn chế với những ngôi sao gần nhất thôi. Sử dụng những kĩ thuật sẵn có trong thập niên tới, các nhà khoa học vũ trụ sẽ có thể khảo sát những ngôi sao nằm trong cự li cách Mặt trời chừng 20 parsec (60 năm ánh sáng).

Tất nhiên, cái được trông đợi nhất của nghiên cứu trên là một hành tinh có thể ở được. Có số bằng chứng rằng những hệ hành tinh ngoại tương tự như hệ mặt trời sẽ được tìm thấy. Một khám phá mới đây cho biết ngôi sao 55 Cancri, ở xa 41 năm ánh sáng, có một hệ gồm năm hành tinh, với sự phân bố hành tinh tương tự với các hành tinh nhóm trong của hệ mặt trời.

Có khả năng có những hành tinh giống Trái đất trong không gian vũ trụ ngoài kia, nhưng các nhà thiên văn phải tìm thấy một hành tinh nằm trong vùng ở được – nghĩa là ở đủ gần ngôi sao của nó để nước tồn tại ở thể lỏng, nhưng không quá gần để nóng như địa ngục. Cho đến nay, có chừng một tá hành tinh đã được xác nhận là nằm trong vùng ở được, và phi thuyền vũ trụ Kepler đã sử dụng một kính thiên văn vũ trụ nhận ra thêm 54 ứng cử viên nữa. Vùng ở được có thể biến thiên theo quãng đời của ngôi sao, cho nên việc tìm thấy một hành tinh không có nghĩa là nó sẽ luôn luôn ở được.

Katharine Gamoon (Space.com)
Trần Nghiêm dịch