Phát hiện chấn động về 3 vành đai của ngôi sao thuộc loại sáng nhất bầu trời

Ảnh các vành đai quanh sao Fomalhaut - Ảnh: NASA

Đã có rất nhiều sự phấn khích trong những thập niên gần đây về các hành tinh được phát hiện quay quanh các ngôi sao khác nhau bên ngoài hệ mặt trời. Nhưng các hành tinh cung cấp một bức tranh không đầy đủ về bối cảnh phức tạp tồn tại xung quanh các ngôi sao, bỏ qua các thành phần kiểu như vành đai mảnh đá và băng vụn thường quay quanh mặt trời.

Các nhà khoa học hôm 8.5 đã công bố những quan sát của kính viễn vọng không gian James Webb cho thấy những chi tiết mới về các đặc điểm như vậy xung quanh một ngôi sao phát sáng có tên Fomalhaut trong khu vực lân cận dải Ngân hà. Những quan sát về 3 vòng mảnh vụn bụi đồng tâm quay quanh Fomalhaut cung cấp cái nhìn đầy đủ nhất về những cấu trúc như vậy bên ngoài hệ mặt trời.

Fomalhaut là một trong những ngôi sao sáng nhất trên bầu trời đêm và sáng nhất trong chòm sao phía nam Piscis Austrinus, cách Trái đất 25 năm ánh sáng. Một năm ánh sáng là khoảng cách tương đương 9,5 nghìn tỉ cây số.

Các nhà thiên văn học lần đầu tiên phát hiện ra một vành đai mảnh vụn xung quanh Fomalhaut vào năm 1983. Các quan sát của Webb gần đây cho thấy thêm 2 vành đai gần ngôi sao hơn, một vành đai sáng bên trong và một vành đai hẹp ở giữa.

Ba vành đai này dường như là khu vực tập hợp những vật thể được gọi là các tiểu hành tinh. Một số trong số đó được cho là đã ở giai đoạn kết hợp với nhau (trong lịch sử của một hệ sao) để hình thành các hành tinh trong khi những vành đai khác vẫn ở dạng mảnh vụn như tiểu hành tinh và sao chổi.

Nhà thiên văn học Andras Gaspar (Đại học Arizona), tác giả của nghiên cứu đăng trên tạp chí Nature Astronomy cho biết: "Giống như hệ mặt trời của chúng ta, các hệ hành tinh khác chứa những đĩa tiểu hành tinh và sao chổi - những hành tinh còn sót lại từ thời kỳ hình thành hành tinh - liên tục nghiền nát chúng thành những hạt có kích thước cỡ micron thông qua sự va chạm”.

Sao Fomalhaut sáng hơn mặt trời 16 lần và nặng gần gấp đôi. Nó mới khoảng 440 triệu năm tuổi - chưa bằng 1/10 tuổi mặt trời - nhưng có lẽ đã đi được gần một nửa vòng đời của nó do sao càng nặng thì tuổi thọ càng ngắn.

Ba vành đai lồng vào nhau có bán kính kéo dài tới 14 tỉ dặm (23 tỉ cây số) từ Fomalhaut, tức khoảng 150 lần khoảng cách từ Trái đất đến Mặt trời.

Mặc dù chưa có hành tinh nào được phát hiện xung quanh Fomalhaut, nhưng các nhà nghiên cứu ngờ rằng những vành đai được tạo ra bởi lực hấp dẫn từ các hành tinh chưa được phát hiện. Hệ mặt trời có 2 vành đai như vậy, là vành đai tiểu hành tinh chính giữa sao Hỏa và sao Mộc, vành đai Kuiper bên ngoài sao Hải vương.

Ảnh hưởng hấp dẫn của sao Mộc, hành tinh lớn nhất trong hệ mặt trời, bao trùm vành đai tiểu hành tinh chính. Rìa bên trong của vành đai Kuiper, nơi có các hành tinh lùn Pluto và Eris cũng như các thiên thể băng giá khác với kích thước khác nhau, được định hình bởi hành tinh ngoài cùng là sao Hải vương.

Gaspar cho biết: “Khoảng trống thứ cấp mà chúng tôi thấy trong hệ thống là một dấu hiệu mạnh mẽ cho thấy sự hiện diện của một hành tinh băng khổng lồ trong hệ thống (sao Fomalhaut).

Các quan sát từ kính Webb được đưa ra vào năm 2021 và bắt đầu thu thập dữ liệu vào năm ngoái, được thực hiện bởi thiết bị hồng ngoại trung bình (MIRI).

Nhà thiên văn học và đồng tác giả nghiên cứu Schuyler Wolff của Đài quan sát Steward (Đại học Arizona) cho biết: “Gần như tất cả hình ảnh được phân giải của các đĩa mảnh vụn cho đến nay đều dành cho những vùng lạnh, bên ngoài tương tự như vành đai Kuiper của hệ mặt trời, và vành đai ngoài của Fomalhaut cũng vậy.

Giờ đây, MIRI có thể giải quyết các vành đai vật chất ở khu vực tương đối ấm hơn tương tự vành đai tiểu hành tinh chính của hệ mặt trời (tức vành đai đá giữa sao Hỏa và sao Mộc) và 2 vành gần hơn của Fomalhaut”.

Điều thú vị nữa là vành đai thứ 2 nghiêng 23 độ so với mọi thứ khác trên quỹ đạo của ngôi sao. Andras Gaspar, tác giả chính của nghiên cứu nói “đây là một khía cạnh thực sự độc đáo của hệ thống sao Fomalhaut". Đồng thời, ông cho biết thêm rằng vành đai bị nghiêng có thể là kết quả của việc những hành tinh trên quỹ đạo Fomalhaut mà các nhà thiên văn chưa phát hiện ra, đã tương tác.

George Rieke, một trong những nhà thiên văn học tham gia nghiên cứu cho biết “Những vành đai xung quanh Fomalhaut giống như một cuốn tiểu thuyết bí ẩn: Các hành tinh ở đâu?”, đồng thời phỏng đoán “Tôi nghĩ không ngạc nhiên khi nói rằng có lẽ có một hệ hành tinh thực sự thú vị xung quanh ngôi sao này”.

Theo các nhà thiên văn, nghiên cứu các vành đai mảnh vụn này cung cấp cái nhìn sâu sắc về sự khởi đầu của hành tinh.

Wolff nói: "Các hành tinh hình thành bên trong những đĩa bụi nguyên thủy bao quanh các ngôi sao trẻ. Để hiểu được quá trình hình thành đó đòi hỏi sự hiểu biết đầy đủ về cách các đĩa bụi này hình thành và phát triển".

Wolff nói thêm: "Có nhiều câu hỏi bỏ ngỏ về cách bụi trong các đĩa này kết hợp với nhau để tạo thành phôi hành tinh, cách bầu khí quyển của các hành tinh hình thành, v.v.. Các đĩa vụn là tàn dư của quá trình hình thành hành tinh và cấu trúc của chúng có thể cung cấp manh mối có giá trị chưa được khám phá của các hành tinh và lịch sử sôi động của chúng".

Anh Tú