Theo ước tính hiện tại, có thể có tới 100 tỷ hành tinh trong thiên hà Milky Way. Thật không may, tìm kiếm bằng chứng của các hành tinh này là công việc khó khăn, tốn thời gian. Phần lớn, các nhà thiên văn học buộc phải dựa vào các phương pháp gián tiếp đo độ dốc trong độ sáng của ngôi sao (Phương pháp vận chuyển) của phép đo Doppler của chuyển động riêng của ngôi sao (Phương pháp vận tốc xuyên tâm).
Hình ảnh trực tiếp là rất khó vì các ngôi sao có hiệu ứng hủy, trong đó độ sáng của chúng khiến việc phát hiện các hành tinh quay quanh chúng rất khó khăn. May mắn thay, một nghiên cứu mới do Trung tâm phân tích và xử lý hồng ngoại (IPAC) tại Caltech đã xác định rằng có thể có một lối tắt để tìm các ngoại hành tinh sử dụng hình ảnh trực tiếp. Giải pháp, họ tuyên bố, là tìm kiếm các hệ thống có đĩa vụn tình huống, vì chúng chắc chắn có ít nhất một hành tinh khổng lồ.
Nghiên cứu có tiêu đề Một cuộc khảo sát hình ảnh trực tiếp về các mảnh vỡ được phát hiện của Spitzer: Sự xuất hiện của các hành tinh khổng lồ trong hệ thống Dusty, đã xuất hiện gần đây trong Tạp chí Thiên văn. Tiffany Meshkat, một nhà khoa học nghiên cứu trợ lý tại IPAC / Caltech, là tác giả chính của nghiên cứu, cô đã thực hiện khi làm việc tại Phòng thí nghiệm Động cơ phản lực của NASA với tư cách là nhà nghiên cứu sau tiến sĩ.
Vì lợi ích của nghiên cứu này, Tiến sĩ Meshkat và các đồng nghiệp đã kiểm tra dữ liệu trên 130 hệ thống sao đơn khác nhau với các mảnh vụn, sau đó chúng so sánh với 277 sao không xuất hiện trên đĩa chủ. Những ngôi sao này đều được quan sát bởi Kính viễn vọng Không gian Spitzer của NASA và đều có độ tuổi tương đối trẻ (dưới 1 tỷ năm). Trong số 130 hệ thống này, 100 hệ thống trước đây đã được nghiên cứu với mục đích tìm kiếm các ngoại hành tinh.
Tiến sĩ Meshkat và nhóm của cô sau đó theo dõi trên 30 hệ thống còn lại sử dụng dữ liệu từ W.M. Đài thiên văn Keck ở Hawaii và Đài thiên văn rất lớn Đài thiên văn Nam (ESO) ở Chile. Mặc dù họ không phát hiện bất kỳ hành tinh mới nào trong các hệ thống này, nhưng việc kiểm tra của họ đã giúp đặc trưng cho sự phong phú của các hành tinh trong các hệ thống có đĩa.
Những gì họ tìm thấy là những ngôi sao trẻ có đĩa vụn có nhiều khả năng cũng có những hành tinh ngoại khổng lồ với quỹ đạo rộng hơn so với những ngôi sao không có. Những hành tinh này cũng có khả năng có khối lượng gấp năm lần sao Mộc, do đó biến chúng thành Siêu sao Mộc. Như Tiến sĩ Meshkat đã giải thích trong một thông cáo báo chí gần đây của NASA, nghiên cứu này sẽ hỗ trợ khi đến lúc các thợ săn ngoại hành tinh chọn mục tiêu của họ:
Các nghiên cứu của chúng tôi rất quan trọng đối với việc các sứ mệnh trong tương lai sẽ lên kế hoạch cho những ngôi sao nào quan sát. Nhiều hành tinh được tìm thấy thông qua hình ảnh trực tiếp đã có trong các hệ thống có các mảnh vụn và bây giờ chúng ta biết bụi có thể là chỉ số của các thế giới chưa được khám phá.
Nghiên cứu này, là cuộc kiểm tra lớn nhất về các ngôi sao với các mảnh vụn bụi, cũng cung cấp bằng chứng tốt nhất cho đến nay rằng các hành tinh khổng lồ có trách nhiệm kiểm tra các đĩa vụn. Trong khi nghiên cứu không giải quyết trực tiếp lý do tại sao sự hiện diện của một hành tinh khổng lồ sẽ khiến các mảnh vụn hình thành, các tác giả chỉ ra rằng kết quả của chúng phù hợp với dự đoán rằng các mảnh vỡ là sản phẩm của các hành tinh khổng lồ khuấy động và gây ra va chạm bụi.
Nói cách khác, họ tin rằng lực hấp dẫn của một hành tinh khổng lồ sẽ khiến các hành tinh va chạm, do đó ngăn chúng hình thành các hành tinh bổ sung. Như đồng tác giả nghiên cứu Dimitri Mawet, cũng là một nhà khoa học nghiên cứu cao cấp của JPL, đã giải thích:
Có thể chúng tôi không thể tìm thấy các hành tinh nhỏ trong các hệ thống này bởi vì ngay từ đầu, những cơ thể to lớn này đã phá hủy các khối xây dựng của các hành tinh đá, gửi chúng đập vào nhau với tốc độ cao thay vì kết hợp nhẹ nhàng.
Trong Hệ mặt trời, các hành tinh khổng lồ tạo ra các vành đai mảnh vụn. Ví dụ, giữa Sao Hỏa và Sao Mộc, bạn có Vành đai Tiểu hành tinh Chính, trong khi ngoài Sao Hải Vương là Vành đai Kuiper. Nhiều hệ thống được khảo sát trong nghiên cứu này cũng có hai vành đai, mặc dù chúng trẻ hơn đáng kể so với dây đai riêng của Hệ mặt trời - khoảng 1 tỷ năm tuổi so với 4,5 tỷ năm tuổi.
Một trong những hệ thống được kiểm tra trong nghiên cứu là Beta Pictoris, một hệ thống có đĩa vụn, sao chổi và một ngoại hành tinh được xác nhận. Hành tinh này, được chỉ định là Beta Pictoris b, có 7 khối sao Mộc và quay quanh ngôi sao ở khoảng cách 9 AU - tức là gấp chín lần khoảng cách giữa Trái đất và Mặt trời. Hệ thống này đã được các nhà thiên văn học trực tiếp chụp lại trong quá khứ bằng cách sử dụng kính viễn vọng trên mặt đất.
Thật thú vị, các nhà thiên văn học đã dự đoán sự tồn tại của ngoại hành tinh này trước khi nó được xác nhận, dựa trên sự hiện diện và cấu trúc của đĩa mảnh vụn hệ thống. Một hệ thống khác đã được nghiên cứu là HR8799, một hệ thống có đĩa vụn có hai đai bụi nổi bật. Trong các loại hệ thống này, sự hiện diện của các hành tinh khổng lồ hơn được suy luận dựa trên nhu cầu duy trì các vành đai bụi này.
Đây được cho là trường hợp của Hệ Mặt trời của chúng ta, nơi 4 tỷ năm trước, các hành tinh khổng lồ chuyển hướng sao chổi đi về phía Mặt trời. Điều này dẫn đến Vụ đánh bom hạng nặng muộn, nơi các hành tinh bên trong phải chịu vô số tác động vẫn còn nhìn thấy cho đến ngày nay. Các nhà khoa học cũng tin rằng chính trong thời kỳ này, sự di cư của Sao Mộc, Sao Thổ, Sao Thiên Vương và Sao Hải Vương đã làm chệch hướng bụi và các vật thể nhỏ để tạo thành Vành đai Kuiper và Vành đai Tiểu hành tinh.
Tiến sĩ Meshkat và nhóm của cô cũng lưu ý rằng các hệ thống mà họ kiểm tra chứa nhiều bụi hơn Hệ mặt trời của chúng ta, có thể là do sự khác biệt về tuổi tác của chúng. Trong trường hợp các hệ thống khoảng 1 tỷ năm tuổi, sự hiện diện của bụi có thể là kết quả của các vật thể nhỏ chưa hình thành các vật thể lớn hơn va chạm vào nhau. Từ điều này, có thể suy ra rằng Hệ mặt trời của chúng ta cũng từng bụi bặm hơn nhiều.
Tuy nhiên, các tác giả cũng lưu ý rằng các hệ thống mà họ quan sát được - có một hành tinh khổng lồ và một mảnh vụn - có thể chứa nhiều hành tinh chưa được khám phá. Cuối cùng, họ thừa nhận rằng cần nhiều dữ liệu hơn trước khi những kết quả này có thể được coi là kết luận. Nhưng trong khi đó, nghiên cứu này có thể đóng vai trò là một hướng dẫn về nơi có thể tìm thấy các ngoại hành tinh.
Như Karl Stapelfeldt, nhà khoa học trưởng của Văn phòng Chương trình Khám phá Exoplanet của NASA và là đồng tác giả của nghiên cứu, đã tuyên bố:
Bằng cách hiển thị các nhà thiên văn học, nơi các sứ mệnh trong tương lai như Kính viễn vọng Không gian của NASA James Jamesb có cơ hội tốt nhất để tìm ra các ngoại hành tinh khổng lồ, nghiên cứu này mở đường cho những khám phá trong tương lai.
Ngoài ra, nghiên cứu này có thể giúp thông báo sự hiểu biết của chúng ta về cách Hệ mặt trời phát triển trong quá trình hàng tỷ năm. Trong một thời gian, các nhà thiên văn học đã tranh luận về việc các hành tinh như Sao Mộc có di chuyển đến vị trí hiện tại của họ hay không và điều này ảnh hưởng đến sự tiến hóa của Hệ Mặt Trời. Và tiếp tục có cuộc tranh luận về cách Vành đai chính hình thành (nghĩa là trống rỗng đầy đủ).
Cuối cùng, nhưng không kém phần quan trọng, nó có thể thông báo cho các cuộc khảo sát trong tương lai, cho các nhà thiên văn học biết hệ thống sao nào đang phát triển cùng dòng với chính chúng ta đã làm, hàng tỷ năm trước. Bất cứ nơi nào các hệ thống sao có đĩa vụn, chúng sẽ suy ra sự hiện diện của một khối khí khổng lồ đặc biệt lớn. Và nơi họ có một chiếc đĩa với hai vành đai bụi nổi bật, họ có thể suy ra rằng nó cũng sẽ trở thành một hệ thống chứa nhiều hành tinh và hai vành đai.
