Khi các ngôi sao như Mặt trời của chúng ta cạn kiệt nhiên liệu hydro, chúng sẽ bước vào giai đoạn được gọi là pha Red-Giant-Branch (RGB). Điều này được đặc trưng bởi ngôi sao mở rộng gấp nhiều lần kích thước ban đầu, sau đó chúng trút bỏ lớp ngoài và trở thành những sao lùn trắng nhỏ gọn. Trong vài tỷ năm tới, người ta tin rằng những ngôi sao này sẽ từ từ tiêu thụ bất kỳ vật thể nào và các vòng bụi vẫn đủ gần để chịu ảnh hưởng của trọng lực của chúng.
Tuy nhiên, một nhà khoa học công dân tên Melina Thévenot gần đây đã thực hiện một khám phá đáng ngạc nhiên khi quan sát một hệ thống sao lùn trắng. Dựa trên dữ liệu từ nhiệm vụ Thám hiểm hồng ngoại trường rộng (WISE), ngôi sao này đã từng là một sao lùn trắng trong hàng tỷ năm, nhưng vẫn có nhiều vòng bụi xung quanh nó. Được gọi là LSPM J0207 + 3331 (hoặc J0207), khám phá này có thể buộc các nhà nghiên cứu xem xét lại các mô hình của các hệ hành tinh.
Phát hiện này được thực hiện thông qua Backyard Worlds: Planet 9, một dự án do Marc Kuchner (nhà vật lý thiên văn tại Trung tâm bay không gian NASA God Goddard) phụ thuộc vào các tình nguyện viên để sắp xếp dữ liệu của WISE cho những khám phá mới. Nằm cách 145 năm ánh sáng trong chòm sao Capricornus, các nhà thiên văn học nghi ngờ rằng J0207 có thể là ví dụ đầu tiên được biết đến của một sao lùn trắng có nhiều vòng bụi và lâu đời nhất.
Khám phá này cũng là chủ đề của một nghiên cứu gần đây được công bố trong Tạp chí Vật lý thiên văn (Lùn trắng 3 Gyr với bụi ấm được phát hiện qua Thế giới sân sau: Dự án khoa học công dân hành tinh 9). Như John Debes, một nhà thiên văn học tại Viện Khoa học Kính viễn vọng Không gian ở Baltimore và là tác giả chính của bài báo, đã tiết lộ trong một thông cáo báo chí gần đây của NASA:
Ngôi sao lùn trắng này quá già đến nỗi bất cứ quy trình nào đưa nguyên liệu vào vòng của nó đều phải hoạt động theo thời gian hàng tỷ năm. Hầu hết các mô hình mà các nhà khoa học đã tạo ra để giải thích các vòng xung quanh sao lùn trắng chỉ hoạt động tốt lên tới khoảng 100 triệu năm, vì vậy ngôi sao này thực sự thách thức các giả định của chúng ta về cách các hệ hành tinh phát triển.
Ngôi sao được phát hiện bởi nhiệm vụ thám hiểm hồng ngoại trường rộng (WISE) của NASA, đã thu được tín hiệu hồng ngoại mạnh, cho thấy sự hiện diện của bụi. Dựa trên tốc độ sao lùn trắng nguội dần theo thời gian, nhóm Debes, tính toán từ nhiệt độ bề mặt của nó - chỉ hơn 5,800° C (10.500° F) - rằng J0207 đã ở trong giai đoạn sao lùn trắng trong khoảng 3 tỷ năm.
Những phát hiện mới này mâu thuẫn với những gì các nhà thiên văn học đã nghi ngờ trong một thời gian về sự tiến hóa của các hệ sao. Trước đây, các nhà thiên văn học đã quan sát cách các hành tinh và tiểu hành tinh sống sót sau pha sao RGB RGB sẽ di chuyển xa hơn sau khi nó bước vào giai đoạn sao lùn trắng. Điều này là do ngôi sao đã mất phần lớn khối lượng và do đó ảnh hưởng của nó đến các vật thể xung quanh.
Các nhà thiên văn học dự đoán rằng đây là những gì sẽ xảy ra với Hệ Mặt trời của chúng ta trong khoảng 5 tỷ năm nữa. Sau khi mở rộng để bao quanh Sao Kim, Sao Thủy và Trái Đất, Mặt trời của chúng ta sẽ mất đi các lớp bên ngoài và trở thành sao lùn trắng. Tại thời điểm này, các hành tinh và vật thể còn lại (có thể sẽ bao gồm Vành đai tiểu hành tinh chính, người khổng lồ khí và Vành đai Kuiper) sẽ trôi dạt ra ngoài.
Tuy nhiên, trong 1 đến 4% trường hợp, các sao lùn trắng đã cho thấy sự phát xạ hồng ngoại cho thấy chúng được bao quanh bởi các đĩa bụi hoặc vòng. Các nhà khoa học đưa ra giả thuyết rằng đây có thể là kết quả của các tiểu hành tinh và sao chổi bị đá từ vành đai của chúng thông qua tương tác hấp dẫn với các hành tinh bị dịch chuyển và gửi về phía ngôi sao. Khi những cơ thể này tiến gần đến sao lùn trắng, chúng bị xé toạc do sự phá vỡ của thủy triều gây ra bởi lực hấp dẫn mạnh mẽ của ngôi sao.
Các mảnh vụn sau đó sẽ tạo thành một vòng bụi rơi từ từ vào bên trong và được bồi đắp trên bề mặt của ngôi sao. Tuy nhiên, trong tất cả các trường hợp trước đây, đĩa bụi và vòng chỉ được quan sát thấy xung quanh các sao lùn trắng khoảng một tỷ năm tuổi. Điều này có vẻ phù hợp với quan niệm rằng các sao lùn trắng lớn tuổi hơn đã làm cạn kiệt nguồn cung cấp tiểu hành tinh và các vòng bụi thu được.
Phát hiện mới nhất này có hiệu quả làm cho J0207 trở thành sao lùn trắng lâu đời nhất và lạnh nhất với bụi từng được quan sát. Khi lần đầu tiên cô nhận thấy tín hiệu hồng ngoại J0207, Melina Thévenot nghĩ rằng đó là dữ liệu xấu. Vào thời điểm đó, cô đã tìm kiếm thông qua Cơ quan Vũ trụ Châu Âu Gaia tài liệu lưu trữ cho các sao lùn nâu, hầu như không thể phát hiện ra ngoài lượng phát xạ hồng ngoại của họ.
Sau khi tham khảo dữ liệu hồng ngoại của WISE, cô nhận ra rằng nó quá sáng và xa để trở thành một sao lùn nâu. Thévenot đã chuyển tiếp những phát hiện này đến nhóm Backyard Worlds: Planet 9, sau đó thu được những quan sát tiếp theo từ Đài thiên văn W. M. Keck ở Hawaii. Như Thévenot đã giải thích:
Đây là một khía cạnh thực sự thúc đẩy của tìm kiếm. Các nhà nghiên cứu sẽ di chuyển kính viễn vọng của họ để nhìn vào thế giới mà bạn đã khám phá. Tuy nhiên, điều tôi đặc biệt thích là sự tương tác với nhóm nghiên cứu tuyệt vời. Mọi người đều rất tốt bụng, và họ luôn cố gắng tận dụng tối đa những khám phá của chúng tôi.
Hơn nữa, Debes và các đồng nghiệp nghi ngờ rằng J0207 thậm chí có thể có một hệ thống các vòng. Họ đề nghị trong nghiên cứu của mình rằng nó sẽ bao gồm hai thành phần riêng biệt: một vòng ngoài mỏng nơi trọng lực sao lùn trắng phá vỡ các tiểu hành tinh và một vòng rộng hơn gần ngôi sao. Những quan sát mới này có khả năng buộc các nhà thiên văn học phải xem xét lại các mô hình của họ về cách các hệ thống hành tinh phát triển.
Chúng tôi xây dựng thế giới sân sau: Hành tinh 9 chủ yếu để tìm kiếm các sao lùn nâu và các hành tinh mới trong Hệ mặt trời, ông Kuch Kuchner nói. Tuy nhiên, làm việc với các nhà khoa học công dân luôn dẫn đến những điều bất ngờ. Họ phàm ăn - dự án vừa kỷ niệm sinh nhật lần thứ hai và họ đã phát hiện ra hơn 1.000 ngôi sao lùn nâu có khả năng. Giờ đây, chúng tôi đã khởi động lại trang web với số lượng dữ liệu WISE gấp đôi, chúng tôi mong chờ những khám phá thú vị hơn nữa.
Ngoài việc buộc phải suy nghĩ lại về cách hệ thống hành tinh phát triển theo thời gian, nghiên cứu này có thể cung cấp manh mối về tương lai của Hệ Mặt trời của chúng ta. Một khi Mặt trời của chúng ta trở thành sao lùn trắng, có khả năng sẽ phải mất vài tỷ năm tiếp theo để tiêu thụ các tiểu hành tinh và KBO bị những người khổng lồ khí còn sót lại tấn công. Theo nghiên cứu mới nhất này, nó cũng có thể có một vòng bụi khoảng vài tỷ năm sau.
Và trong khi khám phá này là một lợi ích cho các nhà thiên văn học, nó cũng cho thấy những gì có thể nhờ vào sự hợp tác giữa các tổ chức khoa học và các nhà khoa học công dân. Trong thời đại nghiên cứu ngoại hành tinh và thiên văn học tiên tiến, khối lượng dữ liệu khổng lồ làm cho sự hợp tác như vậy không chỉ cần thiết, mà còn sinh lợi cao.
