Kể từ khi phát hiện vào năm 1995 của hành tinh đầu tiên quay quanh một ngôi sao bình thường khác ngoài Mặt trời, hiện có hơn 150 ứng cử viên của những cái gọi là ngoại hành tinh này được biết đến. Hầu hết chúng được phát hiện bằng các phương pháp gián tiếp, dựa trên các biến thể của vận tốc hướng tâm hoặc độ mờ của ngôi sao khi hành tinh đi qua phía trước nó (xem ESO PR 06/03, ESO PR 11/04 và ESO PR 22/04 ).
Tuy nhiên, các nhà thiên văn học muốn có được hình ảnh trực tiếp của một hành tinh ngoại, cho phép họ mô tả rõ hơn bản chất vật lý của đối tượng. Đây là một nhiệm vụ cực kỳ khó khăn, vì hành tinh nói chung được ẩn giấu trong các ngôi sao sáng chói của ngôi sao chủ nhà.
Để khắc phục một phần vấn đề này, các nhà thiên văn học nghiên cứu các vật thể rất trẻ. Thật vậy, các vật thể dưới sao nóng hơn và sáng hơn nhiều khi còn trẻ và do đó có thể dễ dàng phát hiện hơn các vật thể cũ có khối lượng tương tự.
Dựa trên phương pháp này, có thể phát hiện năm ngoái về một đốm sáng yếu bên cạnh sao lùn nâu trẻ 2M1207 của một nhóm các nhà thiên văn học quốc tế sử dụng Kính thiên văn rất lớn ESO (ESO PR 23/04) được tìm kiếm từ lâu hình ảnh chân thực của một hành tinh ngoại. Một báo cáo gần đây dựa trên dữ liệu từ Kính viễn vọng Không gian Hubble dường như xác nhận kết quả này. Những quan sát gần đây hơn được thực hiện với Kính thiên văn vũ trụ Spitzer về ánh sáng hồng ngoại ấm áp của hai hành tinh Jupiter nóng được phát hiện trước đó là một kết quả thú vị khác trong bối cảnh này. Sự giàu có của các kết quả mới, thu được trong khoảng thời gian vài tháng, minh họa hoàn hảo cho sự năng động của lĩnh vực nghiên cứu này.
Đồng hành tí hon
Giờ đây, một nhóm các nhà thiên văn học khác [1] có thể đã tạo ra một bước đột phá quan trọng khác trong lĩnh vực này bằng cách tìm một người bạn đồng hành nhỏ bé với một ngôi sao trẻ. Từ vài năm nay, các nhà khoa học đã tiến hành tìm kiếm các hành tinh và các vật thể có khối lượng thấp, đặc biệt là xung quanh các ngôi sao vẫn đang trong quá trình hình thành của chúng - cái gọi là sao T-Tauri - sử dụng cả kỹ thuật chụp ảnh trực tiếp và kỹ thuật vận tốc hướng tâm. Một trong những đối tượng trong danh sách của họ là GQ Lupi, một ngôi sao T-Tauri trẻ tuổi, nằm trong đám mây Lupus I (Sói), một khu vực hình thành sao cách đó khoảng 400 hoặc 500 năm ánh sáng. Ngôi sao GQ Lupi rõ ràng là một vật thể rất trẻ vẫn được bao quanh bởi một chiếc đĩa, với tuổi từ 100.000 đến 2 triệu năm.
Các nhà thiên văn học đã quan sát GQ Lupi vào ngày 25 tháng 6 năm 2004 với thiết bị quang học thích nghi NACO gắn với Yepun, Kính viễn vọng Đơn vị thứ hai dài 8.2 m của Kính viễn vọng Rất lớn nằm trên đỉnh Cerro Paranal (Chile). Thiết bị quang học thích nghi (AO) khắc phục sự biến dạng gây ra bởi nhiễu loạn khí quyển, tạo ra hình ảnh cận hồng ngoại cực kỳ sắc nét.
Như ESO PR Photo 10a / 05 cho thấy, loạt ảnh phơi sáng của NACO cho thấy rõ sự hiện diện của người bạn đồng hành nhỏ bé, nằm ở vùng lân cận gần của ngôi sao. Đối tượng mới được tìm thấy này chỉ cách 0,7 giây, và sẽ bị bỏ qua nếu không sử dụng các khả năng quang học thích ứng của NACO.
Ở khoảng cách của GQ Lupi, khoảng cách giữa ngôi sao và người bạn đồng hành yếu ớt của nó là khoảng 100 đơn vị thiên văn (hoặc gấp 100 lần khoảng cách giữa Mặt trời và Trái đất). Con số này gấp khoảng 2,5 lần khoảng cách giữa Sao Diêm Vương và Mặt trời.
Người bạn đồng hành, được gọi là GQ Lupi B hoặc GQ Lupi b [2], mờ hơn khoảng 250 lần so với GQ Lupi A như trong loạt ảnh này. Những hình ảnh khác thu được với NACO vào tháng 8 và tháng 9 đã xác nhận sự hiện diện và vị trí của người bạn đồng hành này.
Di chuyển cùng hướng
Các nhà thiên văn học sau đó phát hiện ra rằng ngôi sao đã được quan sát trước đó bởi kính viễn vọng Subaru cũng như Kính viễn vọng Không gian Hubble. Họ đã lấy các hình ảnh tương ứng từ kho lưu trữ dữ liệu của các cơ sở này để phân tích thêm.
Các hình ảnh cũ hơn, được chụp vào tháng 7 năm 2002 và tháng 4 năm 1999, cũng cho thấy sự hiện diện của người bạn đồng hành, mang đến cho các nhà thiên văn khả năng đo chính xác vị trí của hai vật thể trong khoảng thời gian vài năm. Điều này lần lượt cho phép họ xác định xem các ngôi sao có di chuyển cùng nhau trên bầu trời hay không - như dự kiến nếu chúng bị ràng buộc bởi lực hấp dẫn với nhau - hoặc nếu vật thể nhỏ hơn chỉ là một vật thể nền, chỉ cần căn chỉnh một cách tình cờ.
Từ các phép đo của họ, các nhà thiên văn học đã phát hiện ra rằng sự tách biệt giữa hai vật thể không thay đổi trong khoảng thời gian năm năm được bao phủ bởi các quan sát (xem ESO PR Photo 10b / 05). Đối với các nhà khoa học, đây là một bằng chứng rõ ràng cho thấy cả hai vật thể đang chuyển động cùng hướng trên bầu trời. Nếu đối tượng mờ nhạt sẽ là một đối tượng nền tảng, thì Ralph Neuh, người dùng của Đại học Jena (Đức) và lãnh đạo của nhóm, chúng ta sẽ thấy một sự thay đổi trong sự tách biệt khi GQ Lup sẽ di chuyển trên bầu trời. Từ năm 1999 đến năm 2004, sự phân tách sẽ thay đổi 0,15 arcsec, trong khi chúng tôi tin tưởng rằng sự thay đổi này nhỏ hơn ít nhất 20 lần.
Exoplanet hay sao lùn nâu?
Để tiếp tục thăm dò bản chất vật lý của vật thể mới được phát hiện, các nhà thiên văn học đã sử dụng NACO trên VLT để chụp một loạt quang phổ. Chúng cho thấy chữ ký điển hình của một vật thể rất mát mẻ, đặc biệt là sự hiện diện của các dải nước và CO. Có tính đến màu hồng ngoại và dữ liệu quang phổ có sẵn, các tính toán mô hình khí quyển chỉ đến nhiệt độ từ 1.600 đến 2.500 độ và bán kính lớn gấp đôi Sao Mộc (xem Ảnh PR 10c / 05). Theo đó, GQ Lupi B là một vật thể lạnh và khá nhỏ.
Nhưng bản chất của vật thể mờ nhạt này là gì? Đây có phải là một ngoại hành tinh hay là một sao lùn nâu, những ngôi sao đã thất bại của những ngôi sao không đủ lớn để tạo ra các phản ứng hạt nhân lớn? Mặc dù đường biên giới giữa hai người vẫn còn là một vấn đề tranh luận, một cách để phân biệt giữa hai là bằng khối lượng của chúng (vì điều này cũng được thực hiện giữa các sao lùn nâu và các ngôi sao): các hành tinh (khổng lồ) nhẹ hơn khoảng 13 khối sao Mộc ( khối lượng quan trọng cần thiết để đốt cháy phản ứng tổng hợp deuterium), sao lùn nâu nặng hơn.
GQ Lupi b thì sao?
Thật không may, các quan sát mới không cung cấp ước tính trực tiếp về khối lượng của vật thể. Do đó, các nhà thiên văn phải dựa vào so sánh với các mô hình lý thuyết của các vật thể đó. Nhưng điều này không dễ dàng như người ta tưởng. Nếu, như các nhà thiên văn học thường chấp nhận, GQ Lupi A và B hình thành đồng thời, vật thể mới được tìm thấy còn rất trẻ. Vấn đề là đối với những đối tượng rất trẻ như vậy, các mô hình lý thuyết truyền thống có lẽ không được áp dụng. Tuy nhiên, nếu chúng được sử dụng, chúng cung cấp ước tính khối lượng của vật thể nằm ở đâu đó trong khoảng từ 3 đến 42 khối sao Mộc, tức là bao gồm cả hành tinh và miền lùn nâu.
Những giai đoạn đầu trong sao lùn nâu và sự hình thành hành tinh về cơ bản là lãnh thổ chưa biết đối với các mô hình. Rất khó để mô hình hóa sự sụp đổ sớm của các đám mây khí với các điều kiện xung quanh ngôi sao mẹ hình thành. Một bộ mô hình, được thiết kế riêng để mô hình hóa các vật thể rất trẻ, cung cấp khối lượng thấp bằng một đến hai khối lượng Sao Mộc. Nhưng như người dùng Ralph Neuh? Chỉ ra, những mô hình mới này vẫn cần được hiệu chỉnh, trước khi có thể xác định được khối lượng của những người bạn đồng hành như vậy một cách tự tin.
Các nhà thiên văn học cũng nhấn mạnh rằng từ việc so sánh giữa phổ VLT / NACO của họ và các mô hình lý thuyết của đồng tác giả Peter Hauschildt từ Đại học Hamburg (Đức), họ đã đi đến kết luận rằng có thể phù hợp nhất với một vật thể có khoảng 2 sao Mộc và 2 khối sao Mộc. Nếu kết quả này đúng, GQ Lupi b do đó sẽ là ngoại hành tinh trẻ nhất và nhẹ nhất được chụp.
Các quan sát tiếp theo vẫn được yêu cầu để xác định chính xác bản chất của GQ Lupi B. Nếu hai vật thể thực sự bị ràng buộc, thì vật thể nhỏ nhất sẽ cần hơn 1.000 năm để hoàn thành một quỹ đạo xung quanh ngôi sao chủ của nó. Điều này tất nhiên là quá lâu để chờ đợi nhưng hiệu ứng của chuyển động quỹ đạo có thể có thể phát hiện được - như một thay đổi nhỏ trong sự tách biệt giữa hai vật thể - trong một vài năm. Do đó, nhóm dự định thực hiện các quan sát thường xuyên về đối tượng này bằng cách sử dụng NACO trên VLT, để phát hiện chuyển động này. Không còn nghi ngờ gì nữa, trong thời gian trung bình, sẽ đạt được tiến bộ hơn nữa về mặt lý thuyết và nhiều khám phá giật gân trong lĩnh vực này sẽ được thực hiện.
Thêm thông tin
Nghiên cứu được trình bày trong Thông cáo báo chí ESO này được xuất bản trong Thư gửi Biên tập viên được chấp nhận để xuất bản bởi Thiên văn học và Vật lý thiên văn (Bằng chứng về một người bạn đồng hành cùng phụ của GQ Lup trộm của R. Neuh? Người dùng và cộng sự) và có sẵn ở dạng PDF tại http://www.edpscatics.org/articles/aa/pdf/forthpdf/aagj061_forth.pdf.
Ghi chú
[1]: Nhóm gồm có người dùng Ralph Neuh, G? Nther Wuchterl, Markus Mugrauer, và Ana Bedalov (Đại học Jena, Đức), Eike Guenther (Th Sternwarte, Đức).
[2]: Trong tài liệu thiên văn, quy ước là đặt thủ đô cho các ngôi sao thành viên của nhiều hệ thống, nhưng các chữ cái nhỏ cho các hành tinh. Nếu bạn đồng hành với GQ Lupi A hóa ra là một hành tinh, nó sẽ được gọi là GQ Lupi b, trong khi nếu đó là sao lùn nâu, thì nó sẽ được xác định là GQ lupi B. Do sự không chắc chắn hiện tại, do đó chúng tôi đã sử dụng cả hai mệnh giá trong thông cáo báo chí này, cũng như các tác giả trong bài báo khoa học gốc.
Nguồn gốc: ESO News Release
