Kính viễn vọng không gian xác định được khối khí khổng lồ có thể lân cận hệ sao Alpha Centauri

Kính viễn vọng Không gian James Webb đã ghi lại một điểm sáng hấp dẫn ở vùng lân cận Alpha Centauri A. Ngôi sao này tạo nên hệ sao gần nhất với hành tinh của chúng ta. Mục tiêu thiên thể cách chúng ta khoảng bốn năm ánh sáng. Quan sát đầu tiên diễn ra vào tháng 8 năm 2024. Các nhà nghiên cứu đã sử dụng thiết bị MIRI để ghi lại sự phát xạ hồng ngoại của vật thể. Dị thường ánh sáng xuất hiện cách ngôi sao chính khoảng hai đơn vị thiên văn.

Phát hiện này đã huy động các nhà khoa học từ Viện Công nghệ California và Phòng thí nghiệm Sức đẩy Phản lực của NASA. Nhóm cần áp dụng các kỹ thuật xử lý hình ảnh tiên tiến để tách tín hiệu. Độ sáng của ngôi sao chủ lớn hơn rất nhiều so với ngôi sao lân cận. Dữ liệu được xử lý cho thấy một chuyển động đặc trưng ở bước sóng hồng ngoại. Dấu hiệu nhiệt cho thấy rõ ràng sự hiện diện của một hành tinh khí khổng lồ đang hình thành hoặc đã trưởng thành. Khám phá này có thể xác định lại sự hiểu biết về vùng lân cận vũ trụ của Trái đất.

Sử dụng Coronagraph cho thấy thiên thể bị ẩn bởi độ sáng của sao

Việc phát hiện trực tiếp các ngoại hành tinh là một trong những thách thức lớn nhất trong thiên văn học hiện đại. Các ngôi sao hoàn toàn lấn át các vật thể nhỏ hơn quay xung quanh chúng. Để khắc phục hạn chế quang học này, các nhà khoa học đã sử dụng một vòng quay gắn vào kính thiên văn. Thiết bị này hoạt động giống như nhật thực nhân tạo. Nó chặn ánh sáng trực tiếp từ ngôi sao trung tâm trong tầm nhìn của thiết bị. Phương pháp này cho phép ánh sáng yếu từ vật thể ngoại vi cuối cùng được các cảm biến siêu nhạy thu lại.

Tín hiệu trích xuất từ ​​hình ảnh cực kỳ yếu. Cường độ phát sáng của vật thể được phát hiện đo được thấp hơn khoảng mười nghìn lần so với lượng phát xạ từ Alpha Centauri A. Phân tích chi tiết về phổ hồng ngoại đã loại bỏ khả năng tạo ra các tạo tác thị giác. Nhóm nghiên cứu đã loại trừ sự can thiệp từ bụi vũ trụ, các thiên hà nền và tiếng ồn từ chính thiết bị. Điểm sáng, tạm thời được đặt tên là S1, đã tự khẳng định mình là một ứng cử viên thực sự cho một ngoại hành tinh. Vị trí chính xác cho thấy quỹ đạo tương đối gần với vùng ảnh hưởng trực tiếp của ngôi sao.

Bản chất khí của vật thể đặt ra câu hỏi về sự hình thành hành tinh trong nhiều hệ thống. Những hành tinh khí khổng lồ có động lực khí quyển phức tạp. Việc ở gần một ngôi sao sáng như vậy sẽ khiến hành tinh này hứng chịu những cơn gió sao dữ dội. Bức xạ không đổi định hình cấu trúc bên ngoài của thiên thể trong hàng tỷ năm. Các nhà nghiên cứu tin rằng khối lượng của vật thể đóng vai trò như một chất ổn định lực hấp dẫn cục bộ.

Sự biến mất của tín hiệu khiến các nhà nghiên cứu tò mò và thúc đẩy việc mô phỏng

Sự phấn khích ban đầu về việc phát hiện ra S1 đã bị giảm sút trong những tháng tiếp theo. Kính viễn vọng không gian đã cố gắng quan sát lại vật thể này trong hai lần riêng biệt. Các chiến dịch tìm kiếm diễn ra vào tháng 2 và tháng 4 năm 2025. Điểm sáng đơn giản biến mất khỏi những hình ảnh mới được đài quan sát chụp được. Sự biến mất đột ngột đòi hỏi một cuộc điều tra chuyên sâu về cơ chế quỹ đạo của hệ thống.

Sinh viên Aniket Sanghi đã lãnh đạo một đội đặc nhiệm phân tích để làm sáng tỏ bí ẩn. Nhà nghiên cứu đã tiến hành một triệu mô phỏng quỹ đạo trên siêu máy tính. Mục tiêu là lập bản đồ tất cả các quỹ đạo có thể giải thích được sự vắng mặt của tín hiệu. Mô hình tính toán đã vượt qua dữ liệu gần đây với các bản ghi cũ từ năm 2019. Vào thời điểm đó, thiết bị trên mặt đất đã phát hiện ra một điểm bất thường tương tự có tên là C1 trong cùng một hệ thống.

Các mô phỏng cho thấy một kịch bản năng động và hỗn loạn. Ảnh hưởng hấp dẫn của Alpha Centauri B liên tục gây bất ổn cho khu vực. Một nửa số kịch bản ảo cho thấy hành tinh này đến quá gần ngôi sao chính vào những thời điểm nhất định. Khoảng cách cực gần lại làm lu mờ thiên thể. Hiện tượng này giải thích một cách hoàn hảo lý do tại sao đài thiên văn lại mất liên lạc trực quan trong những lần thử tiếp theo.

Việc truyền dữ liệu giúp có thể lập ra một hồ sơ sơ bộ rất chi tiết về ứng cử viên ngoại hành tinh. Các nhà khoa học đã thiết lập các thông số vật lý và quỹ đạo dựa trên các quan sát và mô hình toán học. Các đặc điểm chính của đối tượng S1 bao gồm:

• Quỹ đạo hình elip được duy trì cách xa ngôi sao chủ từ một đến hai đơn vị thiên văn.
• Tổng khối lượng ước tính có giá trị rất giống với khối lượng của hành tinh Sao Thổ.
• Thời gian dịch thuật hoàn chỉnh dao động trong khoảng từ hai đến ba năm Trái đất.
• Nhiệt độ bề mặt tính toán trong khoảng 200 đến 250 Kelvin.

Những con số cho thấy một thế giới lạnh lẽo và rộng lớn. Nhiệt độ ước tính đặt khối khí khổng lồ vào trạng thái đóng băng một phần các hợp chất bên ngoài của nó. Quỹ đạo tương đối ngắn tương phản với khoảng cách của các hành tinh khí khổng lồ trong hệ mặt trời của chúng ta. Cấu hình đặc biệt củng cố sự đa dạng về kiến ​​trúc của các hệ sao trải rộng khắp thiên hà.

Kiến trúc hệ thống ba và tìm kiếm các khu vực có thể ở được

Hệ thống Alpha Centauri có cấu trúc hấp dẫn được tạo thành từ ba ngôi sao có lực hấp dẫn liên kết với nhau. Alpha Centauri A và B tạo thành một cặp nhị phân trung tâm. Hai ngôi sao hoàn thành một vòng quay quanh một khối tâm chung cứ sau 79 năm Trái đất. Proxima Centauri quay quanh cặp đôi ở khoảng cách lớn hơn nhiều. Sự phức tạp về lực hấp dẫn của bộ ba tạo ra các vùng ổn định và không ổn định cho sự hình thành hành tinh.

Quỹ đạo của vật thể S1 nằm trong khu vực được khoa học quan tâm nhiều. Khoảng cách từ ngôi sao chính trùng với vùng được gọi là vùng có thể ở được của hệ thống. Khu vực lý thuyết này đại diện cho phạm vi mà nước ở dạng lỏng có thể tồn tại trên bề mặt của một khối đá. Tuy nhiên, bản chất thể khí của ứng cử viên loại trừ khả năng tồn tại sự sống như chúng ta biết. Những hành tinh khí khổng lồ không có bề mặt rắn có khả năng hỗ trợ các đại dương.

Sự hiện diện của một hành tinh lớn trong khu vực cụ thể này đặt ra những giả thuyết hấp dẫn khác. Những hành tinh khí khổng lồ thường chứa đựng những hệ thống mặt trăng rộng lớn xung quanh chúng. Sao Mộc và Sao Thổ có hàng chục vệ tinh tự nhiên với đặc điểm địa chất đa dạng. Một ngoại vệ tinh đá quay quanh vật thể S1 có thể tạo ra những điều kiện thuận lợi cho quá trình hóa học tiền sinh học. Suy đoán thúc đẩy sự phát triển của các công nghệ quan sát mới.

Cửa sổ quan sát tương lai và Sứ mệnh La Mã Nancy Grace

Việc xác nhận chắc chắn về ngoại hành tinh sẽ phụ thuộc vào các chiến dịch giám sát không gian mới. Các nhà thiên văn học hiện đã xác định được cửa sổ quan sát lý tưởng tiếp theo. Sự liên kết quỹ đạo thuận lợi sẽ diễn ra vào tháng 8 năm 2026. Nhóm dự định sử dụng kính thiên văn James Webb với các cài đặt được tối ưu hóa để cố gắng thu lại tín hiệu ánh sáng của hành tinh khí khổng lồ. Kỳ vọng là hành tinh này sẽ di chuyển đủ xa khỏi ánh sáng của sao để được chụp ảnh lại.

Kho vũ khí công nghệ của nhân loại sẽ sớm được tăng cường đáng kể. Cơ quan vũ trụ Mỹ lên kế hoạch phóng kính viễn vọng Nancy Grace Roman vào năm 2027. Đài quan sát mới sẽ mang theo một vòng quay ánh sáng nhìn thấy có độ chính xác rất cao. Thiết bị này được thiết kế đặc biệt để triệt tiêu ánh sáng chói của sao với hiệu quả chưa từng có. Công nghệ này sẽ giúp chúng ta có thể hình dung được các hành tinh thậm chí còn nhỏ hơn và gần các ngôi sao của chúng hơn.

Kết hợp dữ liệu hồng ngoại hiện tại với hình ảnh ánh sáng nhìn thấy được trong tương lai sẽ làm thay đổi nghiên cứu. Các nhà khoa học sẽ có thể đo chính xác kích thước vật lý của hành tinh và tốc độ phản xạ của nó. Việc phân tích thông tin chung sẽ củng cố sự hiểu biết về động lực học quỹ đạo trong các hệ nhị phân. Việc xác nhận vật thể S1 sẽ đánh dấu một cột mốc lịch sử trong việc khám phá không gian hiện đại. Người khổng lồ khí sẽ trở thành một trong những ngoại hành tinh gần nhất từng được ghi lại bằng hình ảnh trực tiếp.