Header Ads

Bằng chứng vững chắc về sự tồn tại của hành tinh thứ 9 trong hệ Mặt Trời

Lần đầu tiên sau 170 năm, loài người phát hiện thêm một hành tinh trong hệ Mặt Trời. Nếu hành tinh này có tồn tại, thì nó có khối lượng gấp 10 lần Trái Đất và quỹ đạo xa hơn khoảng cách từ Hải Vương Tinh tới Mặt Trời là 20 lần, tức là nó phải mất 20 ngàn năm để quay một vòng quanh Mặt Trời.

Hình ảnh bởi họa sĩ về hành tinh thứ 9 hướng nhìn về Mặt Trời. Đây là một hành tinh khí tương tự như Thiên Vương Tinh và Hải Vương Tinh. Giả định có sấm sét ở bán cầu ban đêm. Credit: Caltech/R. Hurt (IPAC).
Hình ảnh bởi họa sĩ về hành tinh thứ 9 hướng nhìn về Mặt Trời. Đây là một hành tinh khí tương tự như Thiên Vương Tinh và Hải Vương Tinh. Giả định có sấm sét ở bán cầu ban đêm. Credit: Caltech/R. Hurt (IPAC).

Các nhà khoa học tại Viện Công nghệ California (Caltech) đã công bố vào ngày 20/1/2016 vừa qua, rằng họ đã có bằng chứng lý thuyết vững chắc về sự tồn tại của một hành tinh khổng lồ, được gọi là hành tinh thứ 9 nằm ở xa bên ngoài hệ Mặt Trời. Hành tinh này rất kỳ quái và có quỹ đạo khổng lồ, họ hy vọng các nhà thiên văn khác sẽ tìm ra được nó.

Khoảng cách từ nó tới Mặt Trời bằng gấp 20 lần so với khoảng cách từ Mặt Trời tới Hải Vương Tinh, nên họ dự đoán thời gian để nó quay một vòng quanh Mặt Trời là từ 10000 tới 20000 năm.

Hai nhà thiên văn là Konstantin Batygin và Mike Brown cho biết rằng họ phát hiện ra sự tồn tại của hành tinh thứ 9 thông qua mô phỏng các mô hình toán học trên máy tính. Họ vẫn chưa quan sát trực tiếp thiên thể này, nhưng hy vọng các nhà thiên văn khác sẽ làm điều đó.

Họ tin rằng đây sẽ là hành tinh thứ 9 thật sự. Chúng ta chỉ mới phát hiện được 2 hành tinh là Thiên Vương Tinh và Hải Vương Tinh, và đây sẽ là hành tinh thứ 3 được loài người phát hiện. Hành tinh thứ 9 này có khối lượng nặng gấp 5000 lần so với hành tinh thứ 9 trước đây, là Diêm Vương Tinh (từ 2006 đã xếp loại là hành tinh lùn).

Việc phát hiện ra hành tinh thứ 9 này giúp chúng ta giải thích được nhiều câu hỏi bí ẩn ở khu vực băng giá xa xôi bên ngoài Hải Vương Tinh và Vành đai Kuiper của Thái Dương hệ.

Giáo sư Mike Brown ở Viện nghiên cứu California và phó giáo sư Konstanin Batygin đã làm việc cùng nhau trong suốt 1 năm rưỡi về thiên thể xa xôi của hệ Mặt Trời. Cả hai có quan điểm làm việc khác nhau. Brown là một nhà quan sát, ông nhìn lên bầu trời và nắm bắt tất cả những gì ông quan sát được, còn Batygin là một nhà lý luận lý thuyết, ông nhìn mọi thứ qua quan điểm vật lý. Hình ảnh : Lance Hayashida/Caltech.
Giáo sư Mike Brown ở Viện nghiên cứu California và phó giáo sư Konstanin Batygin đã làm việc cùng nhau trong suốt 1 năm rưỡi về thiên thể xa xôi của hệ Mặt Trời. Cả hai có quan điểm làm việc khác nhau. Brown là một nhà quan sát, ông nhìn lên bầu trời và nắm bắt tất cả những gì ông quan sát được, còn Batygin là một nhà lý luận lý thuyết, ông nhìn mọi thứ qua quan điểm vật lý. Hình ảnh : Lance Hayashida/Caltech.

Con đường đi tới khám phá này thì không đơn giản. Năm 2014, tiến sĩ Chad Trujillo và đồng nghiệp của Brown là Scott Shepherd đã công bố một bài báo rằng có 13 trong số những thiên thể xa nhất ở Vành đai Kuiper có quỹ đạo mập mờ chưa rõ ràng. Họ cho rằng có một hành tinh nhỏ ở đó làm nhiễu loạn quỹ đạo của các thiên thể, vậy là sự tò mò của họ về vấn đề hành tinh thứ 9 được nảy sanh ra.

Ông Brown đưa vấn đề này cho Batygin và cả hai bắt đầu một sự hợp tác kéo dài một năm rưỡi để điều tra thiên thể ở xa xôi kia. Trong khi một người là nhà quan sát, còn người kia là nhà lý luận lý thuyết, cả hai bắt đầu với quan điểm khác nhau. Brown nhìn lên bầu trời và nắm bắt tất cả những gì ông quan sát được, còn Batygin nhìn mọi thứ qua quan điểm vật lý. Sự khác nhau này cho phép họ thách thức những ý tưởng của nhau và xem xét những khả năng mới.

Rất nhanh sau đó, Batygin và Brown nhận thấy có 6 thiên thể từ nhóm thiên thể của Trujillo và Shepherd đều có quỹ đạo ellip và cùng một chiều hướng trong không gian vật lý. Đây là một điều gây ngạc nhiên vì quỹ đạo của các thiên thể này quay quanh Mặt Trời với tốc độ khác nhau.

Nó giống như 6 cây kim đồng hồ chuyển động với tốc độ khác nhau, và bỗng nhiên bạn nhìn lên thì chúng nằm cùng một vị trí. Khả năng để điều này xẩy ra chỉ khoảng một phần trăm. Quỹ đạo của 6 thiên thể này có cùng góc nghiêng là khoảng 30 độ so với mặt phẳng Hoàng đạo, nên khả năng xảy ra điều này là 0,007%. Cơ bản thì điều này không thể xảy ra ngẫu nhiên, nên hai nhà khoa học nghĩ phải có gì đó tác động tới quỹ đạo của 6 thiên thể này.

Quỹ đạo của 6 thiên thể xa nhất từng được biết tới, tất cả chúng đều đi về một hướng duy nhất. Ngoài ra, khi xem qua không gian 3 chiều, chúng nghiêng gần giống nhau so với mặt phẳng Hoàng đạo. Batygin và Brown cho biết có một hành tinh nặng gấp 10 lần khối lượng Trái Đất với quỹ đạo màu cam xa xôi và dị thường. Sự xuất hiện của nó nằm giải thích cho quỹ đạo của 6 thiên thể kia. Credit: Caltech/R. Hurt (IPAC); (Hình ảnh được tạo ra bởi WorldWide Telescope).
Quỹ đạo của 6 thiên thể xa nhất từng được biết tới, tất cả chúng đều đi về một hướng duy nhất. Ngoài ra, khi xem qua không gian 3 chiều, chúng nghiêng gần giống nhau so với mặt phẳng Hoàng đạo. Batygin và Brown cho biết có một hành tinh nặng gấp 10 lần khối lượng Trái Đất với quỹ đạo màu cam xa xôi và dị thường. Sự xuất hiện của nó nằm giải thích cho quỹ đạo của 6 thiên thể kia. Credit: Caltech/R. Hurt (IPAC); (Hình ảnh được tạo ra bởi WorldWide Telescope).

Trước tiên họ nghĩ rằng có nhiều thiên thể ở khoảng cách lớn tại Vành đai Kuiper mà chúng ta chưa tìm ra được, với nhiều thiên thể như vậy mới có thể tạo ra lực hấp dẫn tác động tới nhóm thiên thể kia. Nhưng vì nhiều thiên thể nên Vành đai Kuiper phải nặng hơn gấp 100 lần so với hiện tại.

Nên khả năng này là không thể và họ nghĩ tới chuyện có một hành tinh. Họ bắt đầu chạy các giả lập có sự tham gia của một hành tinh ở khoảng cách xa so với quỹ đạo của 6 thiên thể kia. Batygin cho biết nó thì sắp được nhưng lại không cho biết được quỹ đạo tâm sai chính xác như khi quan sát.

Rồi sau đó, họ nhận ra rằng nếu chạy giả lập là một hành tinh to lớn với quỹ đạo bất thường, một quỹ đạo có điểm cận nhật (là điểm mà thiên thể gần Mặt Trời nhất) lệch 180 độ so với điểm cận nhật của tất cả các thiên thể và hành tinh khác đã biết.

Phản ứng tự nhiên của bạn sẽ nói là mô hình này thì không thể, vì nó sẽ va chạm với các thiên thể khác. Nhưng Batygin cho biết, thông qua một nguyên lý cơ học được gọi là sự cộng hưởng chuyển động trung bình, quỹ đạo khác thường của hành tinh thứ 9 này có tác dụng ngăn chặn các thiên thể của Vành đai Kuiper va chạm với nó và giữ nó nằm đúng quỹ đạo. Thí dụ, cứ mỗi bốn vòng quỹ đạo của hành tinh thứ 9, thì một thiên thể Vành đai Kuiper đi được chín lần quỹ đạo. Chúng sẽ không bao giờ đụng chạm nhau.

Và dần dần, khi họ thêm các yếu tố khác vào mô hình này, họ dần bị thuyết phục. Ông Batygin nói rằng ông chưa bao giờ thấy những thứ như thế này trong cơ học thiên thể. Ông nói : "Một lý thuyết tốt không chỉ giải thích điều bạn cần giải thích. Mà nó còn giải thích những điều bạn chưa đặt ra và dự đoán những thứ có thể kiểm tra được".

Hành tinh thứ 9 tới từ đâu ? Tại sao nó lại nằm ở phần ngoài xa xôi của hệ Mặt Trời ? Các nhà khoa học từ lâu đã cho rằng hệ Mặt Trời nguyên thủy với 4 lõi hành tinh, những lõi này thâu khí xung quanh chúng và tạo thành 4 hành tinh khí là Mộc Tinh, Thổ Tinh, Thiên Vương Tinh và Hải Vương Tinh ngày nay. Theo thời gian, xảy ra các vụ va chạm nhau và những lần bùng phát tạo hình dạng, đẩy các hành tinh ra khỏi vị trí ban đầu. Nhưng không có lý do gì để có 5 lõi thay vì 4 lõi nguyên thủy. Hành tinh thứ 9 có thể được tồn tại từ lõi thứ 5 đó, nếu nó nằm gần Mộc Tinh và Thổ Tinh thì nó đã có thể bị đẩy văng ra xa.

Batygin và Brown vẫn đang tiếp tục hoàn chỉnh mô hình của họ và tìm hiểu thêm về quỹ đạo của hành tinh này, cũng như ảnh hưởng của nó tới khu vực xa xăm của hệ Mặt Trời. Trong khi đó Brown và các đồng nghiệp của mình đã bắt đầu quan sát để tìm kiếm vị trí của Hành tinh thứ 9. Họ chỉ mới biết hình dạng quỹ đạo, chưa biết chính xác nó nằm ở đâu trên quỹ đạo vào lúc này.

Nếu nó đang ở gần điểm cận nhật, các nhà khoa học có thể thấy được nó qua những hình ảnh chụp từ trước. Còn nếu nó ở gần điểm viễn nhật (là điểm xa nhất của thiên thể với Mặt Trời), thì chúng ta cần phải sử dụng tới kính viễn vọng lớn nhất thế giới là cặp kính 10 mét của Đài Quan sát W. M. Kech và kính Subaru ở Mauna Kea, Hawaii. Và, nếu nó nằm ở những điểm khác trên quỹ đạo, tất cả kính thiên văn trên Trái Đất này sẽ tìm ra nó.

Vậy là sau 10 năm kể từ khi chúng ta mất hành tinh thứ 9 (sự kiện Diêm Vương Tinh bị xếp loại là hành tinh lùn), bây giờ chúng ta lại được tiếp tục trông chờ hành tinh thứ 9.

Mời bạn đọc bài công bố gốc với tựa đề "Evidence for a Distant Giant Planet in the Solar System" (Bằng chứng cho một Hành tinh khổng lồ ở hệ Mặt Trời) được viết bởi Kimm Fesenmaier trên trang chánh thức của Viện Nghiên cứu California. Xem tại đây.