Một nhóm các nhà thiên văn học châu Âu [1] đã phát hiện ra hành tinh được biết đến nhẹ nhất quay quanh một ngôi sao khác ngoài mặt trời (một exoplanetet).
Ngoại hành tinh mới quay quanh ngôi sao sáng mu Arae nằm ở chòm sao Altar phía nam. Đây là hành tinh thứ hai được phát hiện xung quanh ngôi sao này và hoàn thành một cuộc cách mạng hoàn chỉnh trong 9,5 ngày.
Với khối lượng chỉ bằng 14 lần khối lượng Trái đất, hành tinh mới nằm ở ngưỡng của các hành tinh đá lớn nhất có thể, khiến nó trở thành một vật thể siêu giống Trái đất. Sao Thiên Vương, nhỏ nhất trong số các hành tinh khổng lồ của Hệ Mặt Trời có khối lượng tương tự. Tuy nhiên, Thiên vương tinh và ngoại hành tinh mới khác nhau rất nhiều bởi khoảng cách của chúng với ngôi sao chủ đến nỗi sự hình thành và cấu trúc của chúng có thể rất khác nhau.
Phát hiện này được thực hiện nhờ độ chính xác chưa từng có của máy quang phổ HARPS trên kính viễn vọng ESO L 3.6 tại La Silla, cho phép đo vận tốc hướng tâm với độ chính xác cao hơn 1 m / s. Đó là một minh chứng rõ ràng khác về sự lãnh đạo của Châu Âu trong lĩnh vực nghiên cứu ngoại hành tinh.
Một cỗ máy săn tìm hành tinh độc đáo
Kể từ lần phát hiện đầu tiên vào năm 1995 của một hành tinh xung quanh ngôi sao 51 Peg của Michel Mayor và Didier Queloz từ Đài thiên văn Geneva (Thụy Sĩ), các nhà thiên văn học đã biết rằng Hệ Mặt trời của chúng ta không phải là duy nhất, vì hơn 120 hành tinh khổng lồ quay quanh các ngôi sao khác đã được phát hiện chủ yếu bằng các khảo sát xuyên tâm (xem ESO PR 13/00, ESO PR 07/01 và ESO PR 03/03).
Phương pháp quan sát cơ bản này dựa trên việc phát hiện các biến đổi vận tốc của ngôi sao trung tâm, do hướng thay đổi của lực hấp dẫn từ một ngoại hành tinh (không nhìn thấy) khi nó quay quanh ngôi sao. Việc đánh giá các biến thể vận tốc đo được cho phép suy ra quỹ đạo hành tinh, đặc biệt là khoảng thời gian và khoảng cách từ ngôi sao, cũng như khối lượng tối thiểu [2].
Việc tiếp tục tìm kiếm các ngoại hành tinh đòi hỏi thiết bị tốt hơn và tốt hơn. Trong bối cảnh này, ESO chắc chắn đã dẫn đầu với máy quang phổ HARPS mới (Công cụ tìm kiếm hành tinh xuyên tâm chính xác cao) của kính viễn vọng 3,6 m tại Đài thiên văn ESO La Silla (xem ESO PR 06/03). Được cung cấp vào tháng 10 năm 2003 cho cộng đồng nghiên cứu ở các quốc gia thành viên ESO, công cụ độc đáo này được tối ưu hóa để phát hiện các hành tinh trên quỹ đạo xung quanh các ngôi sao khác (ra exoplanets) bằng phương pháp đo vận tốc chính xác (xuyên tâm) với độ chính xác vô song 1 mét mỗi giây .
HARPS được xây dựng bởi một Hiệp hội Châu Âu [3] phối hợp với ESO. Ngay từ khi bắt đầu hoạt động, nó đã chứng minh hiệu quả rất cao. Khi so sánh với CORALIE, một máy quang phổ tối ưu hóa săn tìm hành tinh nổi tiếng khác được lắp đặt trên kính viễn vọng 1,2 m của Swiss-Euler tại La Silla (cf ESO PR 18/98, 12/99, 13/00), thời gian quan sát điển hình đã giảm theo hệ số một trăm và độ chính xác của các phép đo đã được tăng lên gấp 10 lần.
Những cải tiến này đã mở ra những quan điểm mới trong việc tìm kiếm các hành tinh ngoài mặt trời và đã đặt ra các tiêu chuẩn mới về độ chính xác của thiết bị.
Hệ thống hành tinh xung quanh mu Arae
Ngôi sao mu Arae cách đó khoảng 50 năm ánh sáng. Ngôi sao giống như mặt trời này nằm ở chòm sao phía nam Ara (Bàn thờ) và đủ sáng (cường độ thứ 5) để có thể quan sát được bằng mắt không bị che khuất.
Mu Arae đã được biết đến là nơi chứa một hành tinh có kích thước sao Mộc với chu kỳ quỹ đạo 650 ngày. Các quan sát trước đây cũng ám chỉ sự hiện diện của một người bạn đồng hành khác (một hành tinh hoặc một ngôi sao) ở rất xa.
Các phép đo mới mà các nhà thiên văn học thu được về vật thể này, kết hợp với dữ liệu từ các đội khác xác nhận bức tranh này. Nhưng như Fran Bouchy, thành viên của nhóm, tuyên bố: Không chỉ các phép đo HARPS mới xác nhận những gì trước đây chúng ta tin là biết về ngôi sao này mà còn cho thấy một hành tinh bổ sung trên quỹ đạo ngắn có mặt. Và hành tinh mới này dường như là hành tinh nhỏ nhất được phát hiện xung quanh một ngôi sao khác ngoài mặt trời. Điều này làm cho mu Arae trở thành một hệ thống hành tinh rất thú vị.
Trong 8 đêm vào tháng 6 năm 2004, mu Arae đã được quan sát nhiều lần và vận tốc hướng tâm của nó được đo bằng HARPS để có được thông tin về bên trong của ngôi sao. Cái gọi là kỹ thuật địa chấn này (xem ESO PR 15/01) nghiên cứu các sóng âm nhỏ làm cho bề mặt của ngôi sao đập theo định kỳ. Khi biết cấu trúc bên trong của ngôi sao, các nhà thiên văn học nhằm tìm hiểu nguồn gốc của lượng nguyên tố nặng bất thường quan sát được trong bầu khí quyển của nó. Thành phần hóa học bất thường này có thể cung cấp thông tin độc đáo cho lịch sử hình thành hành tinh.
Nuno Santos, một thành viên khác của nhóm cho biết: Thật ngạc nhiên, phân tích các phép đo mới cho thấy sự thay đổi vận tốc hướng tâm với thời gian 9,5 ngày trên tín hiệu dao động âm thanh!
Khám phá này đã được thực hiện nhờ số lượng lớn các phép đo thu được trong chiến dịch nghiên cứu địa chấn.
Kể từ ngày này, ngôi sao, cũng là một phần của chương trình khảo sát của tập đoàn HARPS, thường xuyên được theo dõi với chiến lược quan sát cẩn thận để giảm tiếng ồn địa chấn của ngôi sao.
Những dữ liệu mới này đã xác nhận cả biên độ và tính chu kỳ của các biến thể vận tốc hướng tâm được tìm thấy trong 8 đêm vào tháng Sáu. Các nhà thiên văn học chỉ còn lại một lời giải thích thuyết phục cho tín hiệu định kỳ này: một hành tinh thứ hai quay quanh mu Arae và hoàn thành một cuộc cách mạng hoàn chỉnh trong 9,5 ngày.
Nhưng đây không phải là điều ngạc nhiên duy nhất: từ biên độ vận tốc hướng tâm, đó là kích thước của sự chao đảo gây ra bởi lực hấp dẫn của hành tinh trên ngôi sao, các nhà thiên văn học đã tạo ra một khối lượng cho hành tinh chỉ bằng 14 lần khối lượng Trái đất ! Đây là về khối lượng của Thiên vương tinh, nhỏ nhất trong số các hành tinh khổng lồ trong hệ mặt trời.
Do đó, ngoại hành tinh mới được tìm thấy đã lập kỷ lục mới trong hành tinh nhỏ nhất được phát hiện xung quanh một ngôi sao kiểu mặt trời.
Ở ranh giới
Khối lượng của hành tinh này đặt nó ở ranh giới giữa các hành tinh rất lớn giống như trái đất (đá) và các hành tinh khổng lồ.
Vì các mô hình hình thành hành tinh hiện tại vẫn còn lâu mới có thể giải thích cho tất cả sự đa dạng đáng kinh ngạc được quan sát giữa các hành tinh ngoài hệ mặt trời được phát hiện, các nhà thiên văn học chỉ có thể suy đoán về bản chất thực sự của vật thể hiện tại. Trong mô hình hiện tại của sự hình thành hành tinh khổng lồ, một lõi được hình thành đầu tiên thông qua sự bồi tụ của các hành tinh rắn rắn. Một khi lõi này đạt đến khối lượng tới hạn, khí sẽ tích tụ theo kiểu thời gian chạy trốn và một khối hành tinh tăng lên nhanh chóng. Trong trường hợp hiện tại, giai đoạn sau này khó có thể xảy ra nếu không hành tinh sẽ trở nên đồ sộ hơn nhiều. Hơn nữa, các mô hình gần đây đã chỉ ra rằng di cư rút ngắn thời gian hình thành, không có khả năng đối tượng hiện tại đã di chuyển qua khoảng cách lớn và vẫn có khối lượng nhỏ như vậy.
Do đó, vật thể này có khả năng là một hành tinh có lõi đá (không phải băng giá) được bao quanh bởi một lớp vỏ khí nhỏ (theo thứ tự một phần mười của tổng khối lượng) và do đó sẽ đủ điều kiện trở thành một siêu Trái đất siêu thế.
Triển vọng xa hơn
Liên minh HARPS, do Michel Mayor (Đài thiên văn Geneva, Thụy Sĩ) dẫn đầu, đã được cấp 100 đêm quan sát mỗi năm trong khoảng thời gian 5 năm tại kính viễn vọng ESO 3.6 m để thực hiện một trong những tìm kiếm có hệ thống đầy tham vọng nhất cho đến nay trên toàn thế giới. Để đạt được mục đích này, tập đoàn liên tục đo vận tốc của hàng trăm ngôi sao có thể chứa chấp các hệ thống hành tinh.
Việc phát hiện hành tinh ánh sáng mới này sau chưa đầy 1 năm hoạt động cho thấy tiềm năng nổi bật của HARPS trong việc phát hiện các hành tinh đá trên các quỹ đạo ngắn. Phân tích sâu hơn cho thấy rằng các màn trình diễn đạt được với HARPS có thể phát hiện ra các hành tinh lớn của Tell Tell với chỉ một vài lần khối lượng của Trái đất. Khả năng như vậy là một cải tiến lớn so với các cuộc khảo sát hành tinh trong quá khứ. Việc phát hiện các vật thể đá như vậy củng cố mối quan tâm của các phát hiện quá cảnh trong tương lai từ các không gian với các nhiệm vụ như COROT, Eddington và KEPLER có thể đo được bán kính của chúng.
Thêm thông tin
Nghiên cứu được mô tả trong Thông cáo báo chí này đã được gửi để xuất bản cho tạp chí vật lý thiên văn hàng đầu là Nhà thiên văn học và Vật lý thiên văn. Một bản in sẵn có sẵn dưới dạng tệp tin đăng tải tại http://www.oal.ul.pt/~nuno/.
Ghi chú
[1]: Nhóm nghiên cứu gồm Nuno Santos (Trung tâm thương mại Astronomia e Astrofisica da Universidade de Lisboa, Bồ Đào Nha), Fran? , Didier Queloz, St (LAOG, Grenoble, Pháp), Willy Benz và Christoph Mordasini (Physikalisches Institut der Universit? T Bern, Thụy Sĩ) và Jean-Louis Bertaux (Service d'ronomie de Verri? Re-le-Buisson, Paris, Pháp) .
[2] Một giới hạn cơ bản của phương pháp vận tốc xuyên tâm là không biết độ nghiêng của quỹ đạo hành tinh chỉ cho phép xác định giới hạn khối lượng thấp hơn cho hành tinh. Tuy nhiên, các cân nhắc thống kê chỉ ra rằng trong hầu hết các trường hợp, khối lượng thực sẽ không cao hơn nhiều so với giá trị này. Đơn vị khối lượng của các ngoại hành tinh được sử dụng trong văn bản này là 1 khối Jupiter = 22 khối lượng Thiên vương tinh = 318 khối lượng Trái đất; 1 khối lượng Thiên vương tinh = 14,5 khối lượng Trái đất.
[3] HARPS được thiết kế và xây dựng bởi một tập đoàn nghiên cứu quốc tế, dẫn đầu là Observatoire de Gen? Ve (Thụy Sĩ) và bao gồm cả Observatoire de Haute-Provence (Pháp), Physikalisches Institut der Universit? T Bern (Thụy Sĩ), Service Serviceeronomie (CNRS, Pháp), cũng như ESO La Silla và ESO Garched.
Nguồn gốc: ESO News Release
