Khi nói đến việc phát hiện các hành tinh xung quanh các ngôi sao khác, được gọi là ngoại hành tinh, các nhà thiên văn học có nhiều phương pháp tùy ý sử dụng. Những kỹ thuật này được chia thành hai loại lớn: trực tiếp và gián tiếp. Cả hai đều có ưu điểm và nhược điểm.
Trong lịch sử, hầu hết các ngoại hành tinh đều được tìm thấy bằng các phương pháp gián tiếp. Điều này có nghĩa là các hành tinh được suy ra là tồn tại do ảnh hưởng của chúng đối với ngôi sao mẹ của chúng. Trong khi trong hình ảnh trực tiếp, kính viễn vọng thực sự nhìn thấy hành tinh.
Trong khi các nhà thiên văn học đã phát hiện hơn 5000 ngoại hành tinh bằng các phương tiện gián tiếp, chỉ có khoảng 20 hành tinh được chụp ảnh trực tiếp. Điều này là do để các hành tinh có thể nhìn thấy được với trình độ công nghệ hiện tại của chúng ta, chúng phải cách xa ngôi sao mẹ của chúng và có khối lượng lớn hơn nhiều so với Sao Mộc, hành tinh lớn nhất trong Hệ Mặt trời của chúng ta.
Gaia lập bản đồ các ngôi sao của Dải Ngân hà
Vì thiên nhiên không tạo ra nhiều loại hành tinh này nên các nhà thiên văn học muốn biết chính xác nơi cần tìm. Hầu hết các tìm kiếm hình ảnh trực tiếp là ‘mù’, nghĩa là chúng chỉ nhắm mục tiêu vào các ngôi sao dựa trên tuổi và khoảng cách của chúng và hy vọng rằng một hành tinh sẽ được nhìn thấy. Trong số hàng trăm ngôi sao được khảo sát theo cách này, chỉ một số ít có hành tinh.
Thayne Currie, Đài quan sát Thiên văn Quốc gia Nhật Bản (NAOJ), Hilo, Hawaii và Đại học Texas-San Antonio, cho biết: “Chúng tôi muốn có một chiến lược khác. Trong nỗ lực gieo xúc xắc để thành công, anh và các đồng nghiệp đã chuyển sang sứ mệnh Gaia để tìm kiếm những ngôi sao dao động trên bầu trời theo đúng nghĩa đen.
Đặc biệt, họ đã sử dụng Danh mục Gia tốc Hipparcos-Gaia. Danh mục này kết hợp dữ liệu từ Gaia với dữ liệu từ sứ mệnh lập bản đồ sao trước đây của ESA, Hipparcos, để cung cấp đường cơ sở 25 năm nhằm so sánh vị trí chính xác của các ngôi sao. Đo vị trí của một ngôi sao trên bầu trời được gọi là phép đo thiên văn. Từ cơ sở dữ liệu này, nhóm nghiên cứu đã xác định được một số ngôi sao dường như thay đổi vị trí trên bầu trời đêm theo cách gợi ý rằng chúng được quay quanh bởi một hành tinh khổng lồ.
Phát hiện ngoại hành tinh bằng phép đo sao
Tiếp theo, họ quay sang NAOJ’s Kính thiên văn Subaru trên Mauna Kea, Hawaii, và thực hiện các quan sát vào tháng 7 và tháng 9 năm 2020, cũng như tháng 5 và tháng 10 năm 2021. Họ đã sử dụng thiết bị Quang học thích ứng cực kỳ quang phổ (SCExAO) của Subaru kết hợp với thiết bị Quang phổ và Máy ảnh quang phổ độ phân giải cao (CHARIS) của kính viễn vọng – và họ nhanh chóng bắt được một ngoại hành tinh.
Hành tinh mới được phát hiện có tên là HIP 99770 b. Nó có khối lượng gấp khoảng 16 lần sao Mộc trong Hệ Mặt trời của chúng ta và quay quanh một ngôi sao có khối lượng gần gấp đôi Mặt trời. Mặc dù quỹ đạo của hành tinh này lớn hơn gấp ba lần so với quỹ đạo của Sao Mộc quanh Mặt trời, nhưng nó nhận được lượng ánh sáng gần bằng Sao Mộc vì ngôi sao chủ của nó sáng hơn nhiều so với Mặt trời.
Thành công của việc tìm kiếm hành tinh này cũng có ý nghĩa rộng lớn hơn.
Thayne nói: “Nó cung cấp một con đường mới để khám phá thêm các ngoại hành tinh và mô tả đặc điểm của chúng theo cách toàn diện hơn nhiều so với những gì chúng ta có thể làm trước đây.
Điều này là do các phương pháp phát hiện trực tiếp và gián tiếp cung cấp thông tin khác nhau về một hành tinh. Hình ảnh trực tiếp có thể cung cấp những hạn chế tuyệt vời về nhiệt độ và thành phần của hành tinh. Trong khi đó, các phương pháp gián tiếp cung cấp các phép đo tuyệt vời về khối lượng và đặc điểm quỹ đạo của một hành tinh, đặc biệt là khi chúng được kết hợp với các phép đo vị trí của hành tinh từ hình ảnh trực tiếp.
Kính thiên văn Subaru
Sự kết hợp giữa dữ liệu Gaia với hình ảnh từ Subaru mang đến cho các nhà thiên văn học những điều tốt nhất của cả hai thế giới. Và điều này chỉ là khởi đầu.
Giờ đây, các nhà thiên văn học đã biết rằng hành tinh này ở đó và có thể nhìn thấy được, các kính viễn vọng khác có thể đảm nhận công việc phân tích thêm ánh sáng của nó. Thayne nói: “Việc phát hiện ra hành tinh này sẽ tạo ra hàng chục nghiên cứu tiếp theo.
Và sẽ có nhiều khám phá đến từ phương pháp này. HIP 99770 là một trong những ngôi sao đầu tiên được quan sát từ các ứng cử viên Gaia. Hiện tại, Thayne và các đồng nghiệp của ông đang phân tích dữ liệu từ khoảng 50 ngôi sao khác và những gì họ đã thấy khiến họ hứa hẹn rằng sẽ có thêm nhiều khám phá nữa.
“[HIP 99770 b] là một bằng chứng về khái niệm của chiến lược mới này để tìm kiếm các hành tinh có thể hình dung được sẽ trở nên tốt hơn nhiều trong năm năm tới,” ông nói.
Chuyển động sao của Gaia trong 400 nghìn năm tới
Phương pháp nhắm mục tiêu các ngôi sao để khám phá ngoại hành tinh này sẽ tăng tốc. Điều này là do lần phát hành dữ liệu thứ tư của Gaia (DR4), sẽ dựa trên dữ liệu của 5,5 năm (gần gấp đôi mức cơ sở cho DR3) sẽ giúp bạn dễ dàng phát hiện những ngôi sao nào đang dao động.
Cuối cùng, cách tiếp cận kết hợp này sẽ cho phép chúng ta nhắm mục tiêu đến các Trái đất khác. Tìm kiếm một hành tinh giống như hành tinh của chúng ta vẫn là mục tiêu cuối cùng của các nhà thiên văn học. Một hành tinh như vậy sẽ ở gần ngôi sao của nó hơn nhiều và do đó sẽ dành một khoảng thời gian lớn ở phía trước hoặc phía sau ngôi sao đó, khiến nó không thể nhìn thấy được.
“Đây là một cuộc thử nghiệm cho loại chiến lược mà chúng ta cần để có thể hình dung trái đất. Nó chứng tỏ rằng một phương pháp gián tiếp nhạy cảm với lực hấp dẫn của một hành tinh có thể cho bạn biết nơi cần tìm và chính xác thời điểm cần tìm hình ảnh trực tiếp. Vì vậy, tôi nghĩ điều đó thực sự thú vị,” Thayne nói.
Hình ảnh trực tiếp và phát hiện thiên văn của một hành tinh khí khổng lồ quay quanh một ngôi sao đang tăng tốc của Thayne Currie được xuất bản trực tuyến vào ngày 13 tháng 4 năm 2023 và trong ấn bản in của Science vào ngày 14 tháng 4 năm 2023.