Các hành tinh hình thành như thế nào?

Các nhà thiên văn học phát hiện ngoại hành tinh (hành tinh ngoài Hệ Mặt trời) khổng lồ, giống sao Mộc, quay xung quanh một sao lùn đỏ khá nhỏ. Phát hiện này tạo ra nghi ngờ về thuyết hình thành hành tinh, vốn được chấp nhận lâu nay.

Một sơ đồ về hình thành hành tinh

Thuyết hình thành hành tinh bị lung lay

Ngoại hành tinh mới được phát hiện GJ 3512b quay xung quanh sao lùn đỏ GJ 3512 ở cách chúng ta 31 năm ánh sáng. Sao GJ 3512 là loại sao lùn đỏ type M (loại sao này có khá nhiều trong Dải Ngân hà). Công trình nghiên cứu về ngoại hành tinh GJ 3512b được đăng tải trên tạp chí Nature (Anh) số ra gần đây.

“Từ lâu, chúng tôi đã có suy nghĩ, liệu những hành tinh kích thước lớn, tương tự như sao Mộc hay sao Thổ có thể hình thành xung quanh những ngôi sao nhỏ bé. Có quan điểm cho rằng không thể tồn tại những hành tinh như vậy. Tuy nhiên, chúng tôi không biết chắc chắn, bởi lẽ các ngôi sao nhỏ chiếu sáng rất yếu, nên rất khó nghiên cứu chúng”, GS Peter Wheatley ở ĐH Warwick (Anh)cho biết.

Sử dụng các kính viễn vọng đặt ở Tây Ban Nha và Mỹ, các nhà thiên văn học thu thập dữ liệu về sự thay đổi gia tốc hấp dẫn của ngôi sao. Sự thay đổi này có thể là hậu quả của tương tác với các hành tinh trên quỹ đạo. Sao lùn đỏ GJ 3512 có khối lượng lớn hơn khoảng 270 lần khối lượng hành tinh quay quanh nó (hành tinh GJ 3512b). Để so sánh: Mặt trời có khối lượng lớn hơn khối lượng sao Mộc khoảng 1.050 lần.

Các nhà thiên văn học sử dụng mô phỏng máy tính để phát triển thuyết hình thành hành tinh (trước đó là hình thành vi thể hành tinh) từ các đám mây khí và bụi (đĩa tiền hành tinh) xung quanh các ngôi sao trẻ.

Các mô phỏng dự đoán, nhiều hành tinh nhỏ sẽ phải tập hợp xung quanh các ngôi sao type M. “Xung quanh các ngôi sao này chỉ có những hành tinh kích cỡ tương đương Trái đất, cùng lắm là siêu Trái đất với kích cỡ lớn hơn một chút” – GS Christoph Mordasini ở ĐH Bern (Thụy Sỹ), cho biết.

Một ví dụ về hệ hành tinh thỏa mãn thuyết này là hệ Trappist – 1. Xung quanh ngôi sao Trappist – 1, ở cách Trái đất 39 năm ánh sáng, có 7 hành tinh. Cả 7 hành tinh này đều có khối lượng tương đương khối lượng Trái đất.

“Tuy nhiên, GJ 3512b là hành tinh khổng lồ, có khối lượng bằng khoảng một nửa khối lượng sao Mộc” – GS Mordasini nhấn mạnh. Theo ông, hành tinh GJ 3512b có khối lượng lớn hơn ít nhất 10 lần so với khối lượng các hành tinh ở gần những ngôi sao nhỏ mà thuyết hình thành hành tinh đã dự đoán.

Chính vì vậy, phát hiện hành tinh GJ 3512b làm lung lay thuyết hình thành hành tinh vốn đã được giới thiên văn chấp nhận.

Rà soát lại các mô hình

“Thông thường, chúng tôi cho rằng những hành tinh khổng lồ hình thành trong vai trò những lõi băng giá, quay cách xa vành đai khí bao quanh ngôi sao trẻ. Sau đó, những lõi băng giá này phát triển rất nhanh, hút khí về phía mình.

Tuy nhiên, các tác giả công trình nghiên cứu cho rằng, các vành đai khí xung quanh những ngôi sao trẻ không chứa đủ lượng vật chất để quá trình này diễn ra. Theo họ, hành tinh hình thành một cách đột ngột, khi mà một phần đĩa vật chất suy sụp do trọng lượng của chính nó” – GS Wheatley cho biết.

Sự suy sụp đĩa vật chất (đĩa khí và bụi) có thể diễn ra, khi khối lượng của nó đạt tới khoảng 10% khối lượng ngôi sao. Trong những điều kiện đó, tương tác hấp dẫn của ngôi sao trở nên không đủ để giữ đĩa ổn định. Vật chất từ đĩa bị hút vào trung tâm và bằng cách này hình thành “phôi hành tinh”, từ đó xuất hiện hành tinh.

Các tác giả công trình nghiên cứu khẳng định, suy sụp đĩa vật chất có thể xảy ra ở khoảng cách lớn hơn. Họ cho rằng hành tinh GJ 3512b đã di chuyển ra xa ngôi sao chủ khoảng 150 triệu km.

Một năm trên hành tinh GJ 3512b kéo dài 204 ngày. Trong phần lớn thời gian này, hành tinh quay gần ngôi sao chủ (gần hơn khoảng cách sao Thủy – Mặt trời). Dữ liệu từ quỹ đạo hành tinh khí khổng lồ cho thấy còn có những hành tinh lớn khác quay trong hệ thống.

“Cho đến nay, chúng ta chỉ biết đến những hành tinh hình thành theo kịch bản của thuyết đĩa vật chất không ổn định. Đó là những hành tinh non trẻ, nóng và to lớn, ở xa ngôi sao chủ.

Tuy nhiên, GJ 3512b lại là hành tinh có thể đã hình thành ở gần ngôi sao chủ với khối lượng rất nhỏ. Phát hiện này buộc chúng ta phải rà soát lại các mô hình” – ông Hubert Klahr ở Viện Nghiên cứu thiên văn Max Planck tại Heidelberg (Đức) cho biết như vậy.

Tuấn Sơn

Theo giaoducthoidai.vn