Phát hiện hiếm có: Một hành tinh khổng lồ đang hình thành trong xoáy bụi vũ trụ

Một ngôi sao tưởng chừng trầm lặng lại vừa tiết lộ một trong những bí mật lớn nhất vũ trụ: hành tinh khí khổng lồ hình thành trong đĩa bụi của chính nó.

Trong nhiều năm, sao MP Mus xuất hiện không có đặc điểm gì nổi bật - không hành tinh, không khe hở, không hoạt động đặc biệt. Nhưng khi các nhà khoa học phân tích hình ảnh sâu hơn từ kính thiên văn ALMA kết hợp dữ liệu dao động sao từ vệ tinh Gaia, một bức tranh kịch tính hiện ra: hành tinh lớn gấp 10 lần sao Mộc ẩn nấp ngay trong tầm mắt. Đây là lần đầu tiên một hành tinh được phát thiện theo cách này, và rất có thể còn nhiều hành tinh trẻ ngụy trang khác đang ẩn nấp trong các đám mây bụi quanh sao khác mà chúng ta chưa biết đến.

Gã khổng lồ ẩn mình

Các nhà thiên văn đã phát hiện một hành tinh khổng lồ, ước tính kích thước từ 3 đến 10 lần sao Mộc, ẩn trong đĩa khí-bụi dày đặc bao quanh một ngôi sao trẻ.

Ngôi sao mang tên MP Mus trước đây được cho là đơn độc, không có dấu hiệu hành tinh quay quanh. Các quan sát trước đó chỉ cho thấy một đám mây mịn, đồng nhất bao quanh nó.

Nhưng dữ liệu mới vẽ nên bức tranh hoàn toàn khác. Sử dụng quan sát chi tiết từ Hệ thống kính thiên văn Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), cùng phép đo từ sứ mệnh Gaia của Cơ quan Vũ trụ Châu Âu, các nhà khoa học tìm thấy bằng chứng về một hành tinh khổng lồ đang quay quanh ngôi sao này.

Dẫn đầu bởi nhà nghiên cứu tại Đại học Cambridge, nhóm quốc tế đã phát hiện một hành tinh khí khổng lồ nằm trong cái gọi là đĩa tiền hành tinh (protoplanetary disc) - một vành đai phẳng, xoay chứa khí, băng và bụi nơi các hành tinh mới bắt đầu hình thành. Đây là lần đầu tiên dữ liệu từ Gaia được sử dụng để xác định hành tinh bên trong đĩa như vậy. Phát hiện này chỉ ra một phương pháp mới đầy hứa hẹn để tìm các hành tinh trẻ đang trong quá trình hình thành.

Quá trình hình thành hành tinh trong đĩa tiền hành tinh

Nghiên cứu sự hình thành hành tinh bên trong đĩa tiền hành tinh giúp các nhà khoa học hiểu rõ hơn về cách Hệ Mặt trời của chúng ta ra đời. Trong quá trình gọi là bồi tụ lõi (core accretion), các hạt nhỏ bị hút lại với nhau bởi lực hấp dẫn, dần dần tạo thành các vật thể lớn hơn như tiểu hành tinh và hành tinh. Khi các hành tinh mới phát triển, chúng làm xáo trộn đĩa xung quanh, tạo ra các khe hở rõ rệt - tương tự các rãnh trên đĩa than.

Tuy nhiên, việc quan sát những hành tinh trẻ này cực kỳ khó khăn do sự can thiệp của khí và bụi trong đĩa. Đến nay, chỉ có ba lần phát hiện vững chắc về các hành tinh trẻ trong đĩa tiền hành tinh.

Tiến sĩ Álvaro Ribas từ Viện Thiên văn học Cambridge, trưởng nhóm nghiên cứu, cho biết: " Ban đầu chúng tôi quan sát ngôi sao này khi biết rằng hầu hết các đĩa đều có vành và khe hở. Tôi hy vọng sẽ tìm thấy các đặc điểm quanh MP Mus ám chỉ sự hiện diện của một hoặc nhiều hành tinh ".

Đĩa "nhàm chán" bất thường đặt ra câu hỏi

Tiến sĩ Ribas đã sử dụng hệ thống ALMA để quan sát đĩa tiền hành tinh quanh MP Mus (PDS 66) vào năm 2023. Kết quả cho thấy một ngôi sao trẻ dường như đơn độc trong vũ trụ. Đĩa xung quanh không có khe hở nào cho thấy dấu hiệu hình thành hành tinh, hoàn toàn phẳng và không có đặc điểm gì.

"Quan sát trước đó cho thấy một đĩa phẳng nhàm chán ", Ribas nói. "Nhưng điều này có vẻ lạ với chúng tôi vì đĩa này đã 7-10 triệu năm tuổi. Ở độ tuổi đó, chúng tôi kỳ vọng sẽ thấy bằng chứng về sự hình thành hành tinh".

Giờ đây, Ribas và các đồng nghiệp từ Đức, Chile, Pháp đã xem xét lại MP Mus. Một lần nữa sử dụng ALMA, họ quan sát ngôi sao ở bước sóng 3mm - dài hơn so với các quan sát trước - cho phép họ thăm dò sâu hơn vào đĩa.

Các quan sát mới phát hiện một khoang rỗng gần ngôi sao và hai khe hở ở xa hơn - vốn bị che khuất trong các quan sát trước - cho thấy MP Mus có lẽ không đơn độc.

Cùng lúc đó, Miguel Vioque - nhà nghiên cứu tại Đài quan sát Nam Âu (ESO) - đang khám phá một mảnh ghép khác. Sử dụng dữ liệu từ Gaia, ông phát hiện MP Mus đang "dao động (wobbling)".

Sử dụng kết hợp quan sát từ Gaia và ALMA cùng mô hình máy tính, các nhà nghiên cứu kết luận dao động có khả năng do một hành tinh khí khổng lồ (khối lượng dưới 10 lần sao Mộc) gây ra, quay quanh ngôi sao ở khoảng cách bằng 1-3 lần khoảng cách từ Trái đất đến Mặt trời.

"Mô hình của chúng tôi cho thấy nếu đặt một hành tinh khổng lồ trong khoang rỗng mới phát hiện, bạn cũng có thể giải thích tín hiệu Gaia", Ribas nói. "Và việc sử dụng bước sóng dài hơn của ALMA cho phép chúng tôi thấy các cấu trúc mà trước đây không thể quan sát".

Đây là lần đầu tiên một ngoại hành tinh nhúng trong đĩa tiền hành tinh được phát hiện gián tiếp bằng cách kết hợp dữ liệu chuyển động sao chính xác từ Gaia với quan sát sâu đĩa. Điều này cũng có nghĩa nhiều hành tinh ẩn khác có thể tồn tại trong các đĩa khác, đang chờ được khám phá.

Tiến sĩ Ribas cho biết các bản nâng cấp sắp tới cho ALMA cùng kính thiên văn tương lai như Thế hệ Mảng Rất lớn tiếp theo (ngVLA) có thể được sử dụng để quan sát sâu hơn vào nhiều đĩa tiền hành tinh, giúp hiểu rõ hơn về quần thể hành tinh trẻ ẩn giấu - từ đó hé lộ cách hành tinh của chúng ta hình thành.