Khi chúng ta nghĩ về các hệ thống vành đai, những gì tự nhiên xuất hiện trong tâm trí là các hành tinh như Sao Thổ. Những chiếc nhẫn đẹp của nó chắc chắn được biết đến nhiều nhất, nhưng chúng không phải là hành tinh duy nhất trong Hệ Mặt trời của chúng ta có chúng. Như Hành trình các nhiệm vụ đã được chứng minh, mọi hành tinh trong Hệ Mặt trời bên ngoài - từ Sao Mộc đến Sao Hải Vương - đều có hệ thống vành đai riêng. Và trong những năm gần đây, các nhà thiên văn học đã phát hiện ra rằng ngay cả một số hành tinh nhỏ nhất định - như các tiểu hành tinh Centaur 10199 Chariklo và 2006 Chiron - cũng có chúng.
Đây là một phát hiện khá đáng ngạc nhiên, vì những vật thể này có quỹ đạo hỗn loạn như vậy. Cho rằng đường đi của chúng qua Hệ Mặt trời thường xuyên bị thay đổi bởi lực hấp dẫn mạnh mẽ của những người khổng lồ khí, các nhà thiên văn học đã tự nhiên tự hỏi làm thế nào một hành tinh nhỏ có thể giữ lại một hệ thống các vòng. Nhưng nhờ có một nhóm các nhà nghiên cứu từ Đại học bang Sao Paulo ở Brazil, chúng tôi có thể gần như trả lời câu hỏi đó.
Trong một nghiên cứu có tựa đề Những chiếc nhẫn của Chariklo dưới những cuộc gặp gỡ gần gũi với những hành tinh khổng lồ, xuất hiện gần đây trong Tạp chí Vật lý thiên văn, họ đã giải thích cách họ xây dựng một mô hình của Hệ mặt trời kết hợp 729 vật thể mô phỏng. Tất cả những vật thể này có cùng kích thước với Chariklo và có hệ thống nhẫn riêng. Sau đó, họ đã tiến hành quá trình kiểm tra cách tương tác với khí khổng lồ ảnh hưởng đến họ.
Để phá vỡ nó, Nhân mã là một quần thể các vật thể trong Hệ Mặt trời của chúng hoạt động như cả sao chổi và tiểu hành tinh (do đó tại sao chúng được đặt theo tên của các quái thú lai trong thần thoại Hy Lạp). 10199 Chariklo là thành viên lớn nhất được biết đến trong quần thể Nhân mã, một vật thể xuyên sao Hải vương (TNO) trước đây có thể quay quanh giữa Sao Thổ và Sao Thiên Vương.
Các vòng xung quanh tiểu hành tinh này được chú ý lần đầu tiên vào năm 2013 khi tiểu hành tinh này trải qua một sự huyền bí của sao. Điều này tiết lộ một hệ thống gồm hai vòng, với bán kính lần lượt là 391 và 405 km và chiều rộng khoảng 7 km 3 km. Các tính năng hấp thụ của các vòng cho thấy chúng được cấu tạo một phần từ nước đá. Về mặt này, chúng giống như những chiếc nhẫn của Sao Mộc, Sao Thổ, Sao Thiên Vương và những người khổng lồ khí khác, có thành phần chủ yếu là nước đá và bụi.
Tiếp theo đó là những phát hiện được thực hiện vào năm 2015 chỉ ra rằng năm 2006 Chiron - một nhân mã lớn khác - có thể có một chiếc nhẫn của riêng mình. Điều này dẫn đến suy đoán xa hơn rằng có thể có nhiều hành tinh nhỏ trong Hệ Mặt trời của chúng ta có hệ thống các vành đai. Đương nhiên, đây là một chút rắc rối cho các nhà thiên văn học, vì các vòng là những cấu trúc mỏng manh được cho là dành riêng cho những người khổng lồ khí trong Hệ thống của chúng ta.
Như giáo sư Othon Winter, nhà nghiên cứu chính của nhóm Sao Paulo, đã nói với Tạp chí Không gian qua email:
Ban đầu, thật bất ngờ khi tìm thấy một Nhân mã có nhẫn, vì Nhân mã có quỹ đạo hỗn loạn lang thang giữa các hành tinh khổng lồ và thường xuyên gặp gỡ chúng. Tuy nhiên, chúng tôi đã chỉ ra rằng trong hầu hết các trường hợp, hệ thống vành đai có thể sống sót trong tất cả các cuộc chạm trán gần gũi với các hành tinh khổng lồ. Do đó, Nhân mã có nhẫn có thể phổ biến hơn nhiều so với chúng ta nghĩ trước đây.
Vì lợi ích của nghiên cứu, Winter và các đồng nghiệp đã xem xét quỹ đạo của 729 bản sao mô phỏng của Chariklo khi chúng quay quanh Mặt trời trong suốt 100 triệu năm. Từ đó, Winter và các đồng nghiệp của mình phát hiện ra rằng mỗi Nhân mã trung bình có khoảng 150 cuộc chạm trán gần gũi với một người khổng lồ khí, trong bán kính một ngọn đồi của hành tinh này. Như Winter đã mô tả nó:
Các nghiên cứu được thực hiện trong hai bước. Đầu tiên chúng tôi xem xét một bộ gồm hơn 700 bản sao của Chariklo. Các dòng vô tính có quỹ đạo ban đầu hơi khác so với Chariklo cho mục đích thống kê (vì chúng ta đang đối phó với các quỹ đạo hỗn loạn) và mô phỏng tính toán sự tiến hóa quỹ đạo của chúng theo thời gian (để thấy tương lai của chúng) và cũng ngược thời gian (để thấy quá khứ của chúng). Trong những mô phỏng này, chúng tôi đã lưu trữ thông tin của tất cả các cuộc gặp gỡ gần gũi (nhiều ngàn) mà họ có với mỗi hành tinh khổng lồ.
Ở bước thứ hai, chúng tôi đã thực hiện mô phỏng từng người trong số những cuộc gặp gỡ gần gũi được tìm thấy trong bước đầu tiên, nhưng bây giờ bao gồm một đĩa các hạt xung quanh Chariklo (đại diện cho các hạt vòng). Sau đó, vào cuối mỗi mô phỏng, chúng tôi đã phân tích những gì đã xảy ra với các hạt. Những cái nào đã được gỡ bỏ khỏi Chariklo (thoát khỏi trường hấp dẫn của nó)? Những cái nào đã bị xáo trộn mạnh mẽ (vẫn quay quanh Chariklo)? Những cái nào không chịu ảnh hưởng đáng kể?
Cuối cùng, các mô phỏng cho thấy trong 90 phần trăm các trường hợp, những chiếc nhẫn của Nhân mã sống sót sau cuộc chạm trán gần gũi với những người khổng lồ khí, trong khi họ bị xáo trộn trong 4 phần trăm trường hợp và bị tước đi chỉ 3 phần trăm thời gian. Do đó, họ kết luận rằng nếu có một cơ chế hiệu quả tạo ra những chiếc nhẫn, thì nó đủ mạnh để cho Nhân mã giữ chúng.
Hơn thế nữa, nghiên cứu của họ dường như chỉ ra rằng những gì được coi là duy nhất đối với các cơ quan hành tinh nhất định có thể thực sự phổ biến hơn. Càng tiết lộ rằng Hệ mặt trời của chúng ta phức tạp không chỉ toàn bộ hay đối với các vật thể lớn, mà nói, Mùa đông, mà ngay cả các vật thể nhỏ cũng có thể cho thấy các cấu trúc phức tạp và sự tiến hóa theo thời gian phức tạp hơn.
Bước tiếp theo của nhóm nghiên cứu là nghiên cứu sự hình thành vòng, điều này có thể cho thấy rằng trên thực tế họ đã nhặt chúng từ chính những người khổng lồ khí. Nhưng bất kể họ đến từ đâu, ngày càng rõ ràng rằng Nhân mã như 10199 Chariklo không đơn độc. Còn gì nữa, họ không thể bỏ nhẫn sớm!
