Phát hiện bất ngờ về ngoại hành tinh khổng lồ nặng gấp 13 lần Trái Đất

Hành tinh này, nặng gấp Trái Đất 13 lần và tương đương với sao Hải Vương, được phát hiện quay quanh một sao lùn M siêu lạnh có tên là LHS 3154 - nhẹ hơn Mặt trời của chúng ta 9 lần. Sao lùn M là loại sao nhỏ nhất và lạnh nhất trong vũ trụ.

Hành tinh trên có tên là LHS 3154b quay quanh ngôi sao chủ của nó mỗi vòng mất khoảng 3,7 ngày trên Trái Đất. Điều đó khiến nó trở thành ngôi sao nặng nhất từng được biết tới quay gần một ngôi sao lạnh nhất và có khối lượng thấp trong vũ trụ, nghiên cứu được công bố trên tạp chí Science ngày 30/11 cho hay.  Phát hiện này cũng đảo ngược hiểu biết của các nhà khoa học về sự hình thành các hệ hành tinh.

"Phát hiện trên thực sự cho thấy chúng ta hiểu biết ít ỏi như thế nào về vũ trụ", đồng tác giả nghiên cứu Suvrath Mahadevan cho hay. Theo ông: "Chúng tôi không nghĩ có một hành tinh nặng như vậy quay quanh một ngôi sao có khối lượng thấp lại tồn tại".

Các ngôi sao hình thành từ những đám mây khí và bụi lớn cũng như vật chất còn lại tạo nên một đĩa quanh ngôi sao - nơi các hành tinh sau đó ra đời. Lượng vật chất xuất hiện trong những đĩa quanh các ngôi sao này quyết định hành tinh nặng như thế nào. Vật chất ở đĩa chủ yếu phụ thuộc vào khối lượng của ngôi sao.

Chẳng hạn, các ngôi sao lùn M nhỏ là những vật thể phổ biến nhất trong Dải Ngân hà và chúng có các hành tinh đá nhỏ quay quanh thay vì các hành tinh khí khổng lồ,

"Đĩa hình thành hành tinh quanh ngôi sao LHS 3154 có khối lượng thấp được cho là không có đủ khối lượng rắn để tạo thành hành tinh này. Những nó đang tồn tại ngoài kia, vì thế, chúng ta cần xem lại hiểu biết của mình về cách thức các hành tinh và ngôi sao hình thành", ông Suvrath Mahadevan nhận định.

Hành tinh quay quanh ngôi sao này cách Mặt trời 51 năm ánh sáng và được phát hiện nhờ Thiết bị tìm Hành tinh trong Khu vực có thể sinh sống được (HPF), được lắp đặt trên Kính thiên văn Hobby-Eberly tại Đài quan sát McDonald ở Texas.

Một đội ngũ các nhà khoa học, dẫn đầu là Mahadevan đã chế tạo HPF, được thiết kế để phát hiện các hành tinh quay trong khu vực có thể sinh sống được của các ngôi sao lạnh và nhỏ. Khu vực có thể sinh sống được là khoảng cách phù hợp từ ngôi sao chủ tới hành tinh mà hành tinh đó đủ ấm áp để nước tồn tại ở thể lỏng trên bề mặt và có tiềm năng hỗ trợ sự sống.

Nhiệt độ bề mặt thấp hơn của các ngôi sao nhỏ đồng nghĩa với việc các hành tinh có thể quay quanh chúng gần hơn và vẫn duy trì được các yếu tố dễ biến động như nước trên bề mặt. Khi các hành tinh quay quanh ngôi sao của chúng, co kéo trọng lực giữa hai thực thể có thể tạo nên sự rung lắc đáng chú ý mà HPF phát hiện được trong ánh sáng hồng ngoại.

"Hãy tưởng tượng ngôi sao này giống như một đống lửa trại. Lửa càng nguội thì bạn sẽ càng tiến gần nó để giữ ấm. Điều tương tự cũng diễn ra với các hành tinh. Nếu các ngôi sao lạnh hơn thì hành tinh sẽ cần tiến gần ngôi sao hơn nếu nó muốn đủ ấm áp để nước tồn tại ở thể lỏng. Nếu một hành tinh có quỹ đạo đủ gần ngôi sao siêu lạnh của nó, chúng ta có thể phát hiện ra nó bằng cách quan sát những thay đổi rất nhỏ về màu sắc quang phổ của ngôi sao hoặc ánh sáng khi nó bị kéo bởi một hành tinh đang quay", ông Mahadevan nói.

Dựa trên các mô hình và phân tích, đội ngũ nghiên cứu tin rằng hành tinh trên có một lõi nặng đòi hỏi lượng vật chất trong đĩa hình thành hành tinh nhiều hơn lượng vật chất hiện có quanh ngôi sao chủ, đồng tác giả nghiên cứu Megan Delamer nói.

Các nhà nghiên cứu ước tính lượng bụi trong đĩa vật chất sẽ cần nhiều hơn ít nhất 10 lần so với những gì có trong các đĩa quanh ngôi sao có khối lượng thấp.

"Các lý thuyết hình thành hành tinh hiện nay gặp vấn đề trong việc lý giải những gì chúng ta quan sát được. Dựa trên nghiên cứu hiện nay với HPF và các công cụ khác, một vật thể giống như thứ chúng ta đã phát hiện ra cực kỳ hiếm, vì thế việc phát hiện ra nó thực sự thú vị".

Một số hành tinh có khối lượng lớn được phát hiện quay quanh các ngôi sao có khối lượng thấp như GJ 3512 b từng được phát hiện vào năm 2019 nhưng vòng quay của nó dài hơn và các hành tinh không quay quá gần ngôi sao chủ.