Một sơ đồ minh họa tính năng phát hiện quá cảnh, theo đó các nhà khoa học sử dụng độ sáng và kích thước của ngôi sao để xác định kích thước hoặc bán kính của một hành tinh. Tín dụng: NASA Ames
Một nghiên cứu mới đã gợi ý rằng các quỹ đạo hình tròn có thể là tiêu chuẩn cho các ngoại hành tinh nhỏ, có kích thước bằng Trái đất, báo hiệu một tin tốt trong việc tìm kiếm các hành tinh có thể ở được khác giống như hành tinh của chúng ta.
Một phân tích về 74 ngoại hành tinh nhỏ quay quanh 28 ngôi sao cách xa hàng trăm năm ánh sáng cho thấy, không giống như những hành tinh khí khổng lồ lớn hơn, các ngoại hành tinh cỡ Trái đất thường dính vào các mô hình quỹ đạo tròn xung quanh các ngôi sao của chúng.
Những phát hiện của nghiên cứu có thể đã trả lời một câu hỏi mà các nhà thiên văn học đã cân nhắc trong nhiều thập kỷ; liệu các quỹ đạo tròn của Hệ Mặt trời của chúng ta có phổ biến trong phần còn lại của Vũ trụ hay không.
Nghiên cứu được thực hiện bởi các nhà nghiên cứu từ Viện Công nghệ Massachusetts (MIT) và Đại học Aarhus ở Đan Mạch.
“Hai mươi năm trước, chúng ta chỉ biết về hệ mặt trời của chúng ta, và mọi thứ đều có hình tròn nên mọi người đều mong đợi quỹ đạo hình tròn ở khắp mọi nơi,” Vincent Van Eylen, một sinh viên tốt nghiệp tại Khoa Vật lý của MIT cho biết.
“Sau đó, chúng tôi bắt đầu tìm kiếm các ngoại hành tinh khổng lồ, và đột nhiên chúng tôi tìm thấy một loạt các độ lệch tâm, vì vậy có một câu hỏi mở về việc liệu điều này có đúng với các hành tinh nhỏ hơn hay không.
Chúng tôi thấy rằng đối với các hành tinh nhỏ, hình tròn có lẽ là tiêu chuẩn.”
Để một hành tinh có thể ở được, nó phải có kích thước tương đương Trái đất và được làm bằng đá rắn chứ không phải khí. Nhưng hình dạng quỹ đạo của nó cũng quan trọng không kém.
Nếu một hành tinh có quỹ đạo tròn quanh ngôi sao của nó, thì nó sẽ hỗ trợ khí hậu ổn định quanh năm.
Tuy nhiên, nếu hành tinh có quỹ đạo lệch tâm, bất thường hơn, thì nó sẽ trải qua những thay đổi đáng kể về khí hậu khi nó di chuyển đến gần, sau đó di chuyển ra xa ngôi sao của nó.
Các nhà thiên văn học có thể tính toán cấu trúc quỹ đạo của các ngoại hành tinh khí khổng lồ lớn hơn bằng cách đo ‘lực kéo’ tác dụng lên ngôi sao trung tâm khi quỹ đạo đi qua gần.
Nhưng kỹ thuật này – được gọi là vận tốc gốc – không hoạt động đối với các ngoại hành tinh nhỏ hơn, vì chúng không đủ lớn để gây ảnh hưởng đáng chú ý.
Để xác định vị trí các hành tinh nhỏ hơn, các nhà nghiên cứu nghiên cứu ánh sáng phát ra từ một ngôi sao, tìm kiếm các điểm giảm cường độ cho thấy một hành tinh đang băng qua hoặc đi qua phía trước ngôi sao đó.
Điều này được gọi là phát hiện quá cảnh. Van Eylen và đồng nghiệp của ông, Simon Albrecht của Đại học Aarhus, đã nghĩ ra một cách sử dụng tính năng phát hiện quá cảnh để tìm hiểu thêm về mô hình quỹ đạo của các hành tinh nhỏ hơn.
Quá trình này bao gồm việc sử dụng khối lượng và bán kính của một ngôi sao của hành tinh để tính toán thời gian một hành tinh sẽ quay quanh ngôi sao đó, với điều kiện quỹ đạo là hình tròn.
Sau đó, họ có thể ước tính mất bao lâu để một hành tinh đi qua phía trước một ngôi sao và nếu quá trình đi qua thực tế phù hợp với tính toán của họ, họ sẽ xác định xem quỹ đạo của hành tinh đó có phải là hình tròn hay không.
Nhóm nghiên cứu đã sử dụng dữ liệu được kính viễn vọng Kepler của NASA thu thập trong 4 năm, kiểm tra độ sáng của hơn 145.000 ngôi sao.
Họ đã đối chiếu dữ liệu này cho 74 ngoại hành tinh và sau đó tính toán thời gian vận chuyển của mỗi hành tinh, so sánh nó với thời lượng vận chuyển ước tính của chúng.
Van Eylen nói: “Chúng tôi nhận thấy rằng hầu hết chúng khớp với nhau khá chặt chẽ, có nghĩa là chúng khá gần với hình tròn.
“Chúng tôi rất chắc chắn rằng nếu độ lệch tâm rất cao là phổ biến, chúng tôi sẽ thấy điều đó, điều mà chúng tôi không thấy.
“Chúng tôi muốn hiểu tại sao một số ngoại hành tinh có quỹ đạo cực kỳ lệch tâm, trong khi ở những trường hợp khác, chẳng hạn như hệ mặt trời, các hành tinh chủ yếu quay quanh quỹ đạo tròn.
Đây là một trong những lần đầu tiên chúng tôi đo được độ lệch tâm của các hành tinh nhỏ một cách đáng tin cậy và thật thú vị khi thấy chúng khác với các hành tinh khổng lồ, nhưng tương tự như hệ mặt trời.”