Nằm cách Trái đất khoảng 129 năm ánh sáng theo hướng của chòm sao Pegasus là hệ sao tương đối trẻ của HR 8799. Bắt đầu từ năm 2008, bốn ngoại hành tinh quay quanh quỹ đạo đã được phát hiện trong hệ thống này - cùng với exoplanet Formhaut b - là lần đầu tiên xác nhận sử dụng kỹ thuật hình ảnh trực tiếp. Và theo thời gian, nhà thiên văn học đã tin rằng bốn hành tinh này có sự cộng hưởng với nhau.
Trong trường hợp này, bốn hành tinh quay quanh ngôi sao của chúng với cộng hưởng 1: 2: 4: 8, nghĩa là mỗi hành tinh quỹ đạo của hành tinh có tỷ lệ gần như chính xác với các hành tinh khác trong hệ thống. Đây là một hiện tượng tương đối độc đáo, một hiện tượng đã truyền cảm hứng cho Jason Wang - một sinh viên tốt nghiệp từ nhánh Berkeley của Nexus do NASA tài trợ cho Khoa học hệ thống Exoplanet (NExSS) - để tạo ra một video minh họa điệu nhảy quỹ đạo của họ.
Sử dụng hình ảnh thu được bởi W.M. Đài thiên văn Keck trong khoảng thời gian bảy năm, video Wang Hay cung cấp cái nhìn thoáng qua về bốn ngoại hành tinh này đang chuyển động. Như bạn có thể thấy bên dưới, ngôi sao trung tâm bị tắt đen để có thể nhìn thấy ánh sáng phản chiếu từ các hành tinh của nó. Và mặc dù nó không cho thấy các hành tinh hoàn thành một chu kỳ quỹ đạo đầy đủ (sẽ mất hàng thập kỷ và thậm chí hàng thế kỷ), nó minh họa rất đẹp sự cộng hưởng tồn tại giữa bốn hành tinh Sao.
Như Jason Wang đã nói với Tạp chí Không gian qua email:
Dữ liệu được lấy từ hơn 7 năm từ một trong những kính thiên văn Keck dài 10 mét bởi một nhóm các nhà thiên văn học (Christian Marois, Quinn Konopacky, Bruce Macintosh, Travis Barman và Ben Zuckerman). Christian đã giảm từng trong số 7 kỷ nguyên dữ liệu, để tạo ra 7 khung dữ liệu. Sau đó, tôi đã làm một bộ phim bằng cách sử dụng phép nội suy chuyển động để nội suy 7 khung hình đó thành 100 khung hình để có được một video mượt mà để nó không bị giật (như thể chúng ta có thể quan sát chúng hàng tháng từ Trái đất).
Hình ảnh của bốn ngoại hành tinh ban đầu được chụp bởi Tiến sĩ Christian Marois thuộc Hội đồng nghiên cứu quốc gia Canada Viện nghiên cứu vật lý thiên văn. Đó là vào năm 2008, Marois và các đồng nghiệp đã phát hiện ra ba hành tinh đầu tiên của HR 8799 - HR 8799 b, c và d - sử dụng kỹ thuật hình ảnh trực tiếp. Cùng lúc đó, một nhóm từ UC Berkeley đã công bố phát hiện ra Fomalhaut b, cũng sử dụng hình ảnh trực tiếp.
Các hành tinh này đều được xác định là những người khổng lồ khí có kích thước và khối lượng tương tự, với kích thước từ 1,2 đến 1,3 lần so với Sao Mộc, và 7 đến 10 lần khối lượng của nó. Vào thời điểm phát hiện ra, HR 8799 d được cho là hành tinh gần nhất với ngôi sao của nó, ở khoảng cách khoảng 27 Đơn vị Thiên văn (AU) - trong khi hai quỹ đạo còn lại ở khoảng cách tương ứng khoảng 42 và 68 AU.
Chỉ sau đó, nhóm nghiên cứu mới nhận ra các hành tinh đã được quan sát vào năm 1998. Trước đó, Máy ảnh hồng ngoại và Kính viễn vọng đa vật thể (NICMOS) của Kính viễn vọng Không gian Hubble đã thu được ánh sáng từ hệ thống chỉ ra sự hiện diện của các hành tinh. Tuy nhiên, điều này không được làm rõ cho đến khi kỹ thuật xử lý ảnh mới được phát triển được cài đặt. Do đó, các khám phá trước khi khám phá ra đã không được chú ý.
Những quan sát sâu hơn vào năm 2009 và 2010 cho thấy sự tồn tại của hành tinh thứ tư - HR 8799 e - có quỹ đạo đặt nó bên trong ba hành tinh kia. Mặc dù vậy, hành tinh này cách ngôi sao của nó gấp mười lăm lần so với Trái đất từ Mặt trời, dẫn đến thời gian quỹ đạo khoảng 18.000 ngày (49 năm). Những người khác mất khoảng 112, 225 và 450 năm (tương ứng) để hoàn thành quỹ đạo của HR 8799.
Cuối cùng, Wang quyết định sản xuất video (không phải là lần đầu tiên của anh ấy), để minh họa mức độ thú vị của việc tìm kiếm ngoại hành tinh. Như ông nói:
Tôi đã viết thuật toán nội suy chuyển động này cho một hệ thống ngoại hành tinh khác, Beta Pictoris b, trong đó chúng ta thấy một hành tinh trên quỹ đạo cạnh trông giống như nó lặn vào ngôi sao của nó (nó thực sự chỉ quay tròn trước mặt nó). Chúng tôi muốn làm điều tương tự cho HR 8799 để đưa hệ thống này vào cuộc sống và chia sẻ sự phấn khích của chúng tôi trong các ngoại hành tinh hình ảnh trực tiếp. Tôi nghĩ thật tuyệt vời khi chúng ta có công nghệ để theo dõi các thế giới khác quay quanh các ngôi sao khác.
Ngoài ra, video thu hút sự chú ý đến một hệ thống sao thể hiện một số cơ hội duy nhất cho nghiên cứu ngoại hành tinh. Vì HR 8799 là hệ thống đa hành tinh đầu tiên được chụp trực tiếp có nghĩa là các nhà thiên văn học có thể quan sát trực tiếp quỹ đạo của bốn hành tinh, quan sát các tương tác động của chúng và xác định cách chúng đến cấu hình ngày nay.
Các nhà thiên văn học cũng sẽ có thể lấy quang phổ của các bầu khí quyển hành tinh này để nghiên cứu thành phần của chúng, và so sánh nó với những người khổng lồ khí hệ Mặt trời của chúng ta. Và vì hệ thống này thực sự khá trẻ (chỉ 40 triệu năm tuổi), nó có thể cho chúng ta biết nhiều về quá trình hình thành hành tinh. Cuối cùng, nhưng không kém phần quan trọng, quỹ đạo rộng của chúng (một sự cần thiết cho kích thước của chúng) có thể có nghĩa là hệ thống kém ổn định hơn.
Trong tương lai, theo Wang, các nhà thiên văn học sẽ theo dõi để xem liệu có bất kỳ hành tinh nào bị đẩy ra khỏi hệ thống. Tôi không biết về bạn, nhưng tôi sẽ xem xét một video minh họa một trong những gã khổng lồ khí HR 8799, được khởi động khỏi hệ thống của nó cũng sẽ rất truyền cảm!
