Vào tháng 2 năm 2017, các nhà khoa học của NASA đã công bố sự tồn tại của bảy hành tinh trên mặt đất (tức là đá) trong hệ thống sao TRAPPIST-1. Kể từ thời điểm đó, hệ thống này đã trở thành tâm điểm của nghiên cứu mạnh mẽ để xác định liệu có bất kỳ hành tinh nào trong số những hành tinh này có thể ở được hay không. Đồng thời, các nhà thiên văn học đã tự hỏi liệu tất cả các hành tinh của hệ thống có thực sự được tính đến hay không.
Chẳng hạn, hệ thống này có thể có những người khổng lồ khí ẩn nấp ở bên ngoài không, như nhiều hệ thống khác có các hành tinh đá (ví dụ, của chúng ta) làm gì? Đó là câu hỏi mà một nhóm các nhà khoa học, dẫn đầu bởi các nhà nghiên cứu từ Viện Khoa học Carnegie, đã tìm cách giải quyết trong một nghiên cứu gần đây. Theo phát hiện của họ, TRAPPIST-1 có thể được quay quanh bởi những người khổng lồ khí ở khoảng cách lớn hơn nhiều so với bảy hành tinh đá của nó.
Nghiên cứu có tiêu đề Những ràng buộc về mặt thiên văn học trên các khối hành tinh khổng lồ khí trong thời gian dài trong Hệ thống hành tinh TRAPPIST-1 đã xuất hiện gần đây trong Tạp chí thiên văn. Như họ chỉ ra trong nghiên cứu của mình, nhóm nghiên cứu đã dựa vào các quan sát tiếp theo của TRAPPIST-1 trong khoảng thời gian năm năm (từ 2011 đến 2016) bằng kính viễn vọng du Pont tại Đài thiên văn Las Campanas ở Chile.
Sử dụng những quan sát này, họ đã tìm cách xác định xem TRAPPIST-1 có thể có những người khổng lồ khí không bị phát hiện trước đó quay quanh trong phạm vi bên ngoài của hệ thống hay không. Như Tiến sĩ Alan Boss - một nhà vật lý thiên văn và nhà khoa học hành tinh thuộc Viện Từ trường mặt đất của Viện Carnegie và là tác giả chính của bài báo - đã giải thích trong một thông cáo báo chí của Carnegie:
Một số hệ thống sao khác bao gồm các hành tinh có kích thước Trái đất và siêu Trái đất cũng là nhà của ít nhất một người khổng lồ khí. Vì vậy, hỏi liệu bảy hành tinh này có anh chị em khí khổng lồ với quỹ đạo dài hơn hay không là một câu hỏi quan trọng.
Trong nhiều năm, Boss đã thực hiện một cuộc khảo sát săn ngoại hành tinh với các đồng tác giả của nghiên cứu - Alycia J. Weinberger, Ian B. Thompson, et al. - được gọi là Tìm kiếm hành tinh thiên văn Carnegie. Cuộc khảo sát này dựa trên Máy ảnh tìm kiếm hành tinh thiên văn Carnegie (CAPSCam), một công cụ trên điện thoại du Pont tìm kiếm các hành tinh ngoài hệ mặt trời bằng phương pháp chiêm tinh.
Phương pháp săn ngoại hành tinh gián tiếp này xác định sự hiện diện của các hành tinh xung quanh một ngôi sao bằng cách đo sự rung lắc của ngôi sao chủ này xung quanh trung tâm khối lượng của hệ thống (hay còn gọi là barycenter của nó). Sử dụng CAPSCam, Boss và các đồng nghiệp đã dựa vào nhiều năm quan sát TRAPPIST-1 để xác định giới hạn khối lượng trên cho bất kỳ người khổng lồ khí tiềm năng nào quay quanh hệ thống.
Từ đó, họ kết luận rằng các hành tinh có khối lượng lên tới 4,6 sao Mộc có thể quay quanh ngôi sao trong khoảng thời gian một năm. Ngoài ra, họ phát hiện ra rằng các hành tinh có khối lượng lên tới 1,6 sao Mộc có thể quay quanh ngôi sao với thời gian 5 năm. Nói cách khác, có thể TRAPPIST-1 có một số người khổng lồ khí trong thời gian dài quay quanh bên ngoài của nó, giống như cách mà những người khổng lồ khí trong thời gian dài tồn tại ngoài quỹ đạo của Sao Hỏa trong Hệ Mặt Trời.
Nếu đúng, sự tồn tại của những hành tinh khổng lồ này có thể giải quyết một cuộc tranh luận đang diễn ra về sự hình thành của những người khổng lồ khí Solar Solar. Theo lý thuyết được chấp nhận rộng rãi nhất về sự hình thành Hệ mặt trời (tức là Giả thuyết tinh vân), Mặt trời và các hành tinh được sinh ra từ một tinh vân khí và bụi. Sau khi đám mây này trải qua sự sụp đổ lực hấp dẫn ở trung tâm, hình thành Mặt trời, bụi và khí còn lại sẽ xẹp lại thành một đĩa bao quanh nó.
Trái đất và các hành tinh trên mặt đất khác (Sao Thủy, Sao Kim và Sao Hỏa) đều hình thành gần Mặt trời hơn từ sự bồi tụ các khoáng chất và kim loại silicat. Đối với những người khổng lồ khí, có một số lý thuyết cạnh tranh về cách họ hình thành. Trong một kịch bản, được gọi là lý thuyết tích lũy lõi, những người khổng lồ khí cũng bắt đầu bồi tụ từ các vật liệu rắn (tạo thành lõi rắn) đủ lớn để thu hút một lớp khí bao quanh.
Một lời giải thích cạnh tranh - được gọi là lý thuyết Ổn định Đĩa - tuyên bố rằng chúng hình thành khi đĩa khí và bụi mang hình dạng cánh tay xoắn ốc (tương tự như một thiên hà). Những cánh tay này sau đó bắt đầu tăng về khối lượng và mật độ, tạo thành những khối nhanh chóng kết lại để tạo thành những người khổng lồ khí trẻ em. Sử dụng các mô hình tính toán, Boss và các đồng nghiệp đã xem xét cả hai lý thuyết để xem liệu những người khổng lồ khí có thể hình thành xung quanh một ngôi sao có khối lượng thấp như TRAPPIST-1 hay không.
Trong khi khả năng tích lũy lõi không có khả năng, lý thuyết Ổn định đĩa chỉ ra rằng những người khổng lồ khí có thể hình thành xung quanh TRAPPIST-1 và các ngôi sao lùn đỏ có khối lượng thấp khác. Do đó, nghiên cứu này cung cấp một khung lý thuyết cho sự tồn tại của những người khổng lồ khí trong các hệ sao lùn đỏ đã được biết là có các hành tinh đá. Đây chắc chắn là tin tức đáng khích lệ đối với những người săn bắn ngoại hành tinh do các hành tinh đá đã được tìm thấy quay quanh các sao lùn đỏ muộn.
Ngoài TRAPPIST-1, chúng bao gồm ngoại hành tinh gần nhất với Hệ mặt trời (Proxima b), cũng như LHS 1140b, Gliese 581g, Gliese 625b và Gliese 682c. Nhưng như Boss cũng lưu ý, nghiên cứu này vẫn còn ở giai đoạn sơ khai, và cần phải nghiên cứu và thảo luận nhiều hơn nữa trước khi có thể nói một cách thuyết phục. May mắn thay, các nghiên cứu như nghiên cứu này đang giúp mở ra cánh cửa cho các nghiên cứu và thảo luận như vậy.
Các hành tinh khổng lồ của Gas Gas được tìm thấy trên các quỹ đạo dài hạn xung quanh TRAPPIST-1 có thể thách thức lý thuyết bồi tụ cốt lõi, nhưng không nhất thiết là lý thuyết mất ổn định đĩa, theo ông Boss. Có rất nhiều không gian để nghiên cứu sâu hơn giữa các quỹ đạo trong thời gian dài hơn mà chúng ta đã nghiên cứu ở đây và các quỹ đạo rất ngắn của bảy hành tinh TRAPPIST-1 đã biết.
Boss và nhóm của ông cũng khẳng định rằng việc tiếp tục quan sát với CAPSCam và các tinh chỉnh tiếp theo trong đường ống phân tích dữ liệu của nó sẽ phát hiện bất kỳ hành tinh dài hạn nào, hoặc đặt ra một ràng buộc chặt chẽ hơn về giới hạn khối lượng trên của chúng. Và tất nhiên, việc triển khai các kính viễn vọng hồng ngoại thế hệ tiếp theo, như Kính thiên văn vũ trụ James Webb, sẽ hỗ trợ săn lùng những người khổng lồ khí xung quanh các ngôi sao lùn đỏ.
