Một thiên hà có bao nhiêu hành tinh?

Khi ngước nhìn lên bầu trời đêm, đôi mắt của chúng ta chỉ có thể chiêm ngưỡng một phần rất nhỏ của Dải Ngân Hà (Milky Way), thiên hà quê hương của Trái đất. Trong nhiều thế kỷ, các nhà thiên văn học đã miệt mài đếm những vì sao sáng, nhưng câu hỏi “Xung quanh những vì sao ấy có bao nhiêu hành tinh?” lại là một bí ẩn thách thức trí tuệ nhân loại.

Từ dữ liệu thống kê từ các đài quan sát không gian tối tân nhất, chúng ta đã bắt đầu tìm ra lời giải cho bài toán vĩ đại này. Dù không có một con số tuyệt đối cho mọi thiên hà, nhưng những ước tính khoa học đã vẽ nên một bức tranh vũ trụ đông đúc và kỳ vĩ hơn chúng ta từng tưởng tượng rất nhiều.

Dải Ngân Hà có bao nhiêu hành tinh?

Để tính toán số lượng hành tinh trong một thiên hà, giới khoa học trước hết phải thiết lập một hệ quy chiếu, số lượng các ngôi sao. Về mặt kiến trúc vũ trụ, hành tinh là những thiên thể hình thành từ các đĩa khí và bụi xoay quanh một ngôi sao trung tâm, bị lực hấp dẫn của ngôi sao đó giữ lại trên quỹ đạo.

Một thiên hà có thể chứa tới hàng nghìn tỷ hành tinh. (Ảnh: CT)

Lấy Dải Ngân Hà của chúng ta làm nguyên mẫu phân tích. Dựa trên dữ liệu từ vệ tinh Gaia của Cơ quan Vũ trụ châu Âu (ESA), các nhà khoa học ước tính Dải Ngân Hà chứa khoảng từ 100 tỷ đến 400 tỷ ngôi sao. Trong đó, Hệ Mặt trời của chúng ta chỉ là một đốm sáng nhỏ nhoi nằm ở rìa một nhánh xoắn ốc. Nếu mỗi ngôi sao đều là một “mặt trời” sở hữu hệ hành tinh riêng thì quy mô của bài toán bắt đầu trở nên khổng lồ.

Trước những năm 1990, nhân loại thậm chí chưa thể xác nhận sự tồn tại của bất kỳ hành tinh nào nằm ngoài Hệ Mặt trời. Sự thay đổi mang tính bước ngoặt chỉ đến khi NASA phóng kính viễn vọng không gian Kepler vào năm 2009.

Bằng phương pháp quan sát quá cảnh, đo lường sự giảm sáng siêu vi của một ngôi sao khi có một hành tinh bay ngang qua nó, Kepler đã chứng minh một chân lý mới, hành tinh không phải là hiện tượng hiếm hoi, mà là “sản phẩm phụ” tất yếu của quá trình hình thành sao.

Dữ liệu thống kê từ Kepler và sau này là TESS cùng kính viễn vọng không gian James Webb (JWST), đã chỉ ra một tỷ lệ kinh ngạc: Trung bình, mỗi một ngôi sao trong Dải Ngân Hà đều có ít nhất một hành tinh quay quanh nó.

Tuy nhiên, đó chỉ là mức trung bình tối thiểu. Hãy nhìn lại chính Hệ Mặt trời của chúng ta, một ngôi sao duy nhất đi kèm với 8 hành tinh chính thức và hàng loạt hành tinh lùn. Hay như hệ sao TRAPPIST-1 mới được phát hiện, sở hữu tới 7 hành tinh đá kích cỡ tương đương Trái đất. Do đó, hệ số hành tinh thực tế trên mỗi ngôi sao chắc chắn lớn hơn 1 rất nhiều.

Nếu chúng ta lấy một hệ số khiêm tốn là trung bình mỗi ngôi sao có từ 1 đến 2 hành tinh, phép nhân toán học cơ bản sẽ cho ra kết quả, Dải Ngân Hà chứa ít nhất từ 100 tỷ đến 800 tỷ hành tinh có quỹ đạo ổn định.

Hành tinh mồ côi - những kẻ lang thang trong bóng tối

Nếu con số hàng trăm tỷ hành tinh đã khiến bạn choáng ngợp, thì khoa học vũ trụ hiện đại lại tiếp tục tung ra một cú sốc mới, hành tinh không nhất thiết phải quay quanh một ngôi sao.

Trong quá trình hình thành các hệ sao với lực hấp dẫn hỗn loạn, vô số các hành tinh non trẻ đã bị hất văng ra khỏi quỹ đạo ban đầu, trôi dạt vào vùng không gian sâu thẳm, lạnh lẽo giữa các vì sao. Giới thiên văn học gọi chúng là các hành tinh trôi dạt, hay hành tinh mồ côi.

Chúng không quay quanh bất kỳ ngôi sao nào để hắt lại ánh sáng nên việc phát hiện ra chúng cực kỳ khó khăn. Các nhà khoa học phải sử dụng phương pháp “thấu kính vi hấp dẫn” quan sát ánh sáng của một ngôi sao nền bị bẻ cong bởi lực hấp dẫn của một hành tinh lang thang bay ngang qua.

Các nghiên cứu mới nhất, bao gồm dữ liệu công bố vào đầu thập niên 2020, đưa ra một dự đoán gây chấn động. Số lượng các hành tinh mồ côi trong Dải Ngân Hà có thể nhiều gấp hàng chục, thậm chí hàng trăm lần số lượng các ngôi sao. Điều này đồng nghĩa với việc trong Dải Ngân Hà có thể tồn tại thêm hàng nghìn tỷ hành tinh trôi dạt chìm trong bóng tối.

Các thiên hà có vô vàn kích cỡ khác nhau. (Ảnh: TG)

Mỗi thiên hà có bao nhiêu hành tinh?

Khi đã có đáp án ước tính cho Dải Ngân Hà, chúng ta cần nhìn rộng ra quy mô toàn vũ trụ để trả lời chính xác cho câu hỏi: “Một thiên hà có bao nhiêu hành tinh?”. Sự thật là không có một con số cố định nào, bởi thiên hà có vô vàn kích cỡ.

Thiên hà lùn, như Đám mây Magellan Lớn quay quanh Dải Ngân Hà của chúng ta, thường chỉ chứa vài tỷ hoặc vài chục tỷ ngôi sao. Số lượng hành tinh ở đây sẽ chỉ dao động ở mức vài tỷ đến hàng chục tỷ.

Thiên hà xoắn ốc khổng lồ: Thiên hà láng giềng Andromeda (Tiên Nữ) lớn hơn Dải Ngân Hà rất nhiều, ước tính chứa tới 1.000 tỷ ngôi sao. Áp dụng tỷ lệ tương tự, Andromeda có thể sở hữu từ vài nghìn tỷ đến hàng chục nghìn tỷ hành tinh.

Siêu thiên hà elip: Những thiên hà quái vật như IC 1101 có đường kính gấp 50 lần Dải Ngân Hà và chứa tới 100 nghìn tỷ ngôi sao. Số lượng hành tinh trong một thiên hà như vậy là một con số khổng lồ vượt ngoài sức tưởng tượng của não bộ con người.

Tựu trung lại, câu trả lời cho việc “một thiên hà có bao nhiêu hành tinh” là một phổ dao động cực rộng, phụ thuộc vào kích thước của chính thiên hà đó. Nhưng nếu lấy Dải Ngân Hà, ngôi nhà của chúng ta làm hệ quy chiếu tiêu chuẩn, một thiên hà trung bình sẽ chứa từ hàng trăm tỷ cho đến hàng nghìn tỷ hành tinh.

Với hàng nghìn tỷ hành tinh chỉ trong một thiên hà và hàng trăm tỷ thiên hà trong vũ trụ quan sát được, xác suất để Trái đất là nơi duy nhất có sự sống là vô cùng nhỏ bé. Việc tìm kiếm một “Trái đất thứ hai” hay những dấu hiệu của sự sống ngoài hành tinh không còn là câu chuyện viễn tưởng, mà là một sứ mệnh khoa học sẽ mang lại kết quả trong tương lai.