Các nhà thiên văn học đã sử dụng Kính viễn vọng Không gian James Webb của NASA/ESA/CSA để chụp ảnh lớp bụi ấm xung quanh một ngôi sao trẻ gần đó, Fomalhaut, nhằm nghiên cứu vành đai tiểu hành tinh đầu tiên từng được nhìn thấy bên ngoài Hệ Mặt trời của chúng ta dưới ánh sáng hồng ngoại. Nhưng trước sự ngạc nhiên của họ, họ phát hiện ra rằng các cấu trúc bụi phức tạp hơn nhiều so với các vành đai bụi của tiểu hành tinh và Kuiper trong Hệ Mặt trời của chúng ta.
Nhìn chung, có ba vành đai lồng vào nhau kéo dài tới 23 tỷ km tính từ ngôi sao – tức là gấp 150 lần khoảng cách từ Trái đất đến Mặt trời. Quy mô của vành đai ngoài cùng gần gấp đôi quy mô của Vành đai Kuiper trong Hệ Mặt trời của chúng ta gồm các vật thể nhỏ và bụi lạnh ngoài Sao Hải Vương. Các đai bên trong – thứ chưa từng thấy trước đây – lần đầu tiên được Webb tiết lộ.
Webb kiểm tra đĩa mảnh vụn bụi xung quanh Fomalhaut (chú thích)
Các vành đai bao quanh ngôi sao trẻ nóng bỏng, có thể nhìn thấy bằng mắt thường là ngôi sao sáng nhất trong chòm sao Piscis Austrinus phía nam. Các vành đai bụi là các mảnh vụn từ sự va chạm của các vật thể lớn hơn, tương tự như các tiểu hành tinh và sao chổi, và thường được mô tả là ‘đĩa mảnh vụn’.
András Gáspár của Đại học Arizona ở Tucson và là tác giả chính của một bài báo mới cho biết: “Tôi sẽ mô tả Fomalhaut là nguyên mẫu của các đĩa mảnh vụn được tìm thấy ở những nơi khác trong thiên hà của chúng ta, bởi vì nó có các thành phần tương tự như những gì chúng ta có trong hệ hành tinh của chính mình”. mô tả những kết quả này. “Bằng cách xem xét các mẫu trong các vành đai này, chúng ta thực sự có thể bắt đầu phác thảo một chút về hệ thống hành tinh trông như thế nào – nếu chúng ta thực sự có thể chụp một bức tranh đủ sâu để nhìn thấy các hành tinh bị nghi ngờ.”
Kính viễn vọng Không gian Hubble của NASA/ESA và Đài quan sát Không gian Herschel của ESA, cũng như Mảng milimet/hạ milimet lớn Atacama (ALMA), trước đây đã chụp được những hình ảnh sắc nét về vành đai ngoài cùng. Tuy nhiên, không ai trong số họ tìm thấy bất kỳ cấu trúc nào bên trong nó. Các vành đai bên trong lần đầu tiên được Webb giải quyết bằng ánh sáng hồng ngoại.
Schuyler Wolff, một thành viên khác của nhóm tại Đại học, cho biết: “Webb thực sự vượt trội ở chỗ chúng tôi có thể phân giải vật lý ánh sáng nhiệt từ bụi ở những vùng bên trong đó. Vì vậy, bạn có thể nhìn thấy các vành đai bên trong mà chúng tôi chưa từng thấy trước đây”. của Arizona.
Hubble, ALMA và Webb đang hợp tác gắn thẻ để tập hợp một cái nhìn tổng thể về các đĩa mảnh vỡ xung quanh một số ngôi sao. Wolff cho biết: “Với Hubble và ALMA, chúng tôi có thể hình ảnh một loạt các chất tương tự Vành đai Kuiper và chúng tôi đã học được rất nhiều về cách các đĩa bên ngoài hình thành và phát triển”. “Nhưng chúng tôi cần Webb để cho phép chúng tôi chụp ảnh hơn chục vành đai tiểu hành tinh ở những nơi khác. Chúng tôi có thể tìm hiểu nhiều điều về các vùng ấm bên trong của các đĩa này như Hubble và ALMA đã dạy chúng tôi về các vùng lạnh hơn bên ngoài.”
Những vành đai này rất có thể được hình thành bởi lực hấp dẫn do các hành tinh vô hình tạo ra. Tương tự như vậy, bên trong Hệ Mặt trời của chúng ta, Sao Mộc bao quanh vành đai tiểu hành tinh, rìa bên trong của Vành đai Kuiper được điêu khắc bởi Sao Hải Vương và rìa bên ngoài có thể được bao bọc bởi các thiên thể chưa được nhìn thấy bên ngoài nó. Khi Webb hình ảnh nhiều hệ thống hơn, chúng ta sẽ tìm hiểu về cấu hình của các hành tinh của chúng.
Vòng bụi Fomalhaut được phát hiện vào năm 1983 trong các quan sát do Vệ tinh Thiên văn Hồng ngoại (IRAS) của NASA thực hiện. Sự tồn tại của chiếc nhẫn cũng đã được suy ra từ các quan sát trước đó và ở bước sóng dài hơn bằng cách sử dụng kính viễn vọng dưới milimet trên Maunakea, Hawai’i, Kính viễn vọng Không gian Spitzer của NASA và Đài quan sát dưới milimet của Caltech.
“Các vành đai xung quanh Fomalhaut giống như một cuốn tiểu thuyết bí ẩn: Các hành tinh ở đâu?” George Rieke, một thành viên khác trong nhóm và lãnh đạo khoa học Hoa Kỳ cho Thiết bị hồng ngoại trung bình (MIRI) sáng tạo của Webb, người đã thực hiện những quan sát này. “Tôi nghĩ không phải là một bước nhảy vọt khi nói rằng có lẽ có một hệ hành tinh thực sự thú vị xung quanh ngôi sao.”
“Chúng tôi chắc chắn không mong đợi cấu trúc phức tạp hơn với vành đai trung gian thứ hai và sau đó là vành đai tiểu hành tinh rộng hơn,” Wolff nói thêm. “Cấu trúc đó rất thú vị bởi vì bất cứ khi nào một nhà thiên văn học nhìn thấy một khoảng trống và vành đai trong đĩa, họ nói, ‘Có thể có một hành tinh nhúng hình thành các vành đai!'”
Webb cũng chụp ảnh cái mà Gáspár gọi là ‘đám mây bụi lớn’, có thể là bằng chứng cho một vụ va chạm xảy ra ở vòng ngoài giữa hai thiên thể tiền hành tinh. Đây là một đặc điểm khác với hành tinh bị nghi ngờ lần đầu tiên được Hubble nhìn thấy bên trong vòng ngoài vào năm 2008. Các quan sát sau đó của Hubble cho thấy vật thể này đã biến mất vào năm 2014. Một cách giải thích hợp lý là đặc điểm mới được phát hiện này, giống như đặc điểm trước đó, là một đám mây các hạt bụi rất mịn đang giãn nở từ hai thiên thể băng giá va vào nhau.
Ý tưởng về một đĩa tiền hành tinh xung quanh một ngôi sao đã có từ cuối những năm 1700 khi các nhà thiên văn học Immanuel Kant và Pierre-Simon Laplace độc lập phát triển lý thuyết cho rằng Mặt trời và các hành tinh hình thành từ một đám mây khí quay, sụp đổ và phẳng dưới tác dụng của trọng lực. Các đĩa vụn phát triển sau đó, theo sự hình thành của các hành tinh và sự phân tán khí nguyên thủy trong các hệ thống. Chúng cho thấy các thiên thể nhỏ như tiểu hành tinh đang va chạm thảm khốc và nghiền nát bề mặt của chúng thành những đám mây bụi khổng lồ và các mảnh vụn khác. Các quan sát về bụi cung cấp manh mối duy nhất về cấu trúc của một hệ thống ngoại hành tinh, tiếp cận các hành tinh có kích thước bằng Trái đất và thậm chí cả các tiểu hành tinh, quá nhỏ để có thể nhìn thấy riêng lẻ.
“Kết quả rất thú vị này làm nổi bật sức mạnh độc đáo của MIRI trong việc nghiên cứu các cấu trúc được chạm khắc bởi các hành tinh ở vùng trong cùng của đĩa hoàn cảnh”, Gillian Wright, nhà điều tra chính của MIRI tại Châu Âu và Giám đốc Trung tâm Công nghệ Thiên văn học Vương quốc Anh (UKATC) cho biết thêm.
Kết quả của nhóm đang được công bố trên tạp chí Thiên văn học.
Thêm thông tin
Webb là chiếc kính viễn vọng lớn nhất, mạnh nhất từng được phóng vào vũ trụ. Theo thỏa thuận hợp tác quốc tế, ESA đã cung cấp dịch vụ phóng kính viễn vọng, sử dụng phương tiện phóng Ariane 5. Làm việc với các đối tác, ESA chịu trách nhiệm phát triển và đánh giá khả năng thích ứng của Ariane 5 cho sứ mệnh Webb và mua sắm dịch vụ phóng của Arianespace. ESA cũng cung cấp máy quang phổ NIRSpec và 50% thiết bị hồng ngoại tầm trung MIRI, được thiết kế và chế tạo bởi một tập đoàn gồm các Viện châu Âu được tài trợ quốc gia (Hiệp hội MIRI châu Âu) hợp tác với JPL và Đại học Arizona.
Webb là sự hợp tác quốc tế giữa NASA, ESA và Cơ quan Vũ trụ Canada (CSA).
Liên hệ:
Quan hệ truyền thông ESA
media@Khoa học