Những ngôi sao ẩn có thể khiến các hành tinh trông nhỏ hơn


Bức vẽ giải thích tại sao kích cỡ báo cáo của một số hành tinh ngoại có thể cần phải được sửa lại trong trường hợp có ngôi sao thứ hai trong hệ.
Credits: NASA/JPL-Caltech

Trong việc tìm kiếm các hành tinh tương tự như của chúng ta, một điểm quan trọng để so sánh đó là khối lượng riêng của các hành tinh. Khối lượng riêng thấp cho phép các nhà khoa học biết hành tinh có khả năng khí như Sao Mộc và khối lượng riêng cao có liên quan đến các hành tinh đất đá như Trái Đất. Nhưng một nghiên cứu mới cho thấy một số ít có khối lượng riêng lớn hơn suy nghĩ trước đây vì ngôi sao thứ hai ẩn trong hệ của chúng.

Khi kính thiên văn hướng lên một vùng trời nào đó, không phải lúc nào chúng cũng có thể phân biệt giữa một hay là hai ngôi sao. Một hệ thống gồm hai ngôi sao liên kết chặt chẽ có thể cho ảnh như là một điểm duy nhất, ngay cả từ các đài quan sát phức tạp như kính viễn vọng không gian Kepler của NASA. Điều này có thể ảnh hướng đáng kể đến việc xác định kích cỡ của hành tinh quay quanh một trong những ngôi sao này, theo nghiên cứu của Tạp chí Thiên văn học bởi Elise Furlan của Caltech/IPAC-NExScI tại Pasadena, California, và Steve Howell tại Trung tâm Nghiên cứu Ames của NASA tại Thung lũng Silicon của California.

Furlan cho rằng: "Sự hiểu biết của chúng ta về bao nhiêu hành tinh nhỏ như Trái Đất, và bao nhiêu hành tinh lớn như Sao Mộc, có thể thay đổi khi chúng ta có thêm thông tin về các ngôi sao mà chúng quay quanh". "Bạn thực sự cần phải biết rõ về ngôi sao để có thể xử lý tốt các thuộc tính của các hành tinh quay quanh nó."

Một số hành tinh đã được nghiên cứu kĩ nhất bên ngoài Hệ Mặt Trời của chúng ta - hay các ngoại hành tinh (exoplanets) - được biết là quay xung quanh các ngôi sao đơn lẻ. Chúng ta biết Kepler-186f, một hành tinh có kích thước tương tự Trái Đất ở khu vực có thể có sự sống của ngôi sao, quay quanh một ngôi sao đơn lẻ (khu vực có thể có sự sống là vùng trong khoảng mà một hành tinh đất đá có thể có nước lỏng trên bề mặt). TRAPPIST-1, ngôi sao lùn siêu mát có bảy hành tinh cỡ Trái Đất, cũng không có sao đồng hành. Điều đó có nghĩa là không có ngôi sao thứ hai làm phức tạp việc ước lượng đường kính của các hành tinh và cả khối lượng riêng của chúng.


Cre: phys.org

Nhưng hình ảnh độ phân giải cao gần đây cho thấy một số ngôi sao khác lại có một ngôi sao đồng hành gần đó. David Ciardi, nhà khoa học thuộc Viện Khoa học Hành tinh ngoại của NASA (NExScI) tại Caltech, đã tiến hành một nghiên cứu quy mô, theo dõi các ngôi sao mà Kepler đã nghiên cứu bằng cách sử dụng nhiều kính thiên văn trên mặt đất. Điều này, kết hợp với các nghiên cứu khác, đã xác nhận rằng nhiều ngôi sao mà Kepler tìm thấy hành tinh là các hệ sao đôi. Trong một số trường hợp, đường kính của các hành tinh quay quanh những ngôi sao này được tính toán mà không tính đến ngôi sao đồng hành. Điều đó làm cho sự ước lượng về kích cỡ của chúng trở nên nhỏ hơn và khối lượng riêng cao hơn giá trị thực.

Nghiên cứu trước đây xác định rằng khoảng một nửa trong số tất cả các ngôi sao giống Mặt Trời trong vùng lân cận có một ngôi sao đồng hành trong vòng 10.000 đơn vị thiên văn (một đơn vị thiên văn là tương đương với khoảng cách trung bình giữa Mặt Trời và Trái Đất, 93 triệu dặm hay 150 triệu km). Dựa vào đó, khoảng 15% ngôi sao trong vùng quan sát của Kepler có thể có một ngôi sao đồng hành sáng gần đó – có nghĩa là các hành tinh quay quanh những ngôi sao này có thể có khối lượng riêng nhỏ hơn chúng ta nghĩ trước đây.

Vấn đề transit với hệ sao đôi

Khi một chiếc kính thiên văn quan sát được một hành tinh đi qua trước ngôi sao của nó - một sự kiện được gọi là "transit" - các nhà thiên văn đo lường sự giảm sáng rõ ràng của ngôi sao. Lượng ánh sáng bị chặn trong transit phụ thuộc vào kích thước của hành tinh - hành tinh càng lớn, càng có nhiều ánh sáng bị chặn, và sự mờ đi của ngôi sao càng dễ quan sát hơn. Các nhà khoa học sử dụng thông tin này để xác định bán kính - một nửa đường kính - của các hành tinh.


Cre: NASA

Nếu có hai ngôi sao trong hệ, kính thiên văn sẽ đo ánh sáng kết hợp của cả hai ngôi sao. Tuy nhiên, nếu như hành tinh chỉ quay xung quanh một trong hai ngôi sao này thì chỉ làm cho một trong số chúng bị mờ đi. Vì vậy, nếu không biết rằng có một ngôi sao thứ hai, bạn sẽ xác định kích thước của hành tinh thấp hơn.

Ví dụ, nếu kính thiên văn quan sát thấy một ngôi sao mờ đi 5%, các nhà khoa học sẽ xác định kích thước của hành tinh transit so với ngôi sao đó. Nhưng nếu có một ngôi sao thứ hai với ánh sáng thêm vào, hành tinh này phải lớn hơn để gây ra cùng một lượng mờ đi như thế.

Nếu hành tinh quay quanh ngôi sao sáng hơn trong một hệ sao đôi, hầu hết ánh sáng trong hệ sao đến từ ngôi sao đó, vì vậy ngôi sao thứ hai sẽ không có ảnh hưởng lớn đến kích thước tính toán của hành tinh. Nhưng nếu hành tinh quay quanh ngôi sao mờ hơn thì sao chính, lớn hơn, góp nhiều ánh sáng hơn cho hệ, sai lệch khi tính bán kính của hành tinh sẽ lớn - nó có thể tăng gấp đôi, gấp ba lần hoặc thậm chí tăng lên nhiều hơn. Điều đó cũng ảnh hưởng đến việc tính khoảng cách quỹ đạo của hành tinh, ảnh hưởng đến việc liệu hành tinh có ở trong khu vực có thể có sự sống hay không.

Nếu các ngôi sao trong hệ có độ sáng gần bằng nhau, thì bán kính "mới" của hành tinh này sẽ lớn hơn 40% so với bán kính nếu ánh sáng được cho là xuất phát từ một ngôi sao. Bởi vì việc tính khối lượng riêng sử dụng bán kính lập phương, điều này có nghĩa là giảm gần ba lần khối lượng riêng. Sự điều chỉnh này sẽ ảnh hưởng lớn nhất đối với các hành tinh nhỏ hơn bởi vì điều đó có nghĩa là một hành tinh từng được coi là hành tinh đất đá có thể thực sự lại là khí.

Nghiên cứu mới

Trong nghiên cứu mới này, Furlan và Howell đã tập trung vào 50 hành tinh trong phạm vi quan sát của Kepler, có khối lượng và bán kính đã được ước tính trước đây. Những hành tinh này đều quay quanh các hệ sao đôi trong khoảng 1.700 đơn vị thiên văn. Đối với 43 trong số 50 hành tinh, các báo cáo trước đây về kích cỡ của chúng không tính đến sự đóng góp của ánh sáng từ ngôi sao thứ hai. Điều đó có nghĩa là cần sửa đổi lại báo cáo về kích thước của chúng.

Trong hầu hết các trường hợp, sự thay đổi kích cỡ báo cáo của các hành tinh sẽ là nhỏ. Nghiên cứu trước đây cho thấy 24 trong số 50 hành tinh quay quanh ngôi sao lớn hơn, sáng hơn trong một hệ sao đôi. Hơn nữa, Furlan và Howell đã xác định rằng 11 trong số những hành tinh này sẽ là quá lớn để trở thành hành tinh nếu chúng quay quanh quỹ đạo của một ngôi sao đồng hành yếu hơn. Vì vậy, đối với 35 trong số 50 hành tinh này, các kích thước đã được công bố sẽ không thay đổi đáng kể.

Nhưng đối với 15 hành tinh còn lại, họ không thể xác định được liệu chúng có quay quanh ngôi sao sáng hơn hay không. Đối với 5 trong số 15 hành tinh, các sao đang được cho rằng có độ sáng tương đương nhau, do đó, khối lượng riêng của chúng sẽ giảm đáng kể bất kể là chúng quay quanh ngôi sao nào.

Ảnh hưởng của các sao đồng hành là quan trọng đối với các nhà khoa học nghiên cứu các hành tinh do Kepler phát hiện, chiếc kính thiên văn đã tìm thấy hàng nghìn ngoại hành tinh. Nó cũng sẽ có ý nghĩa quan trọng đối với nhiệm vụ TESS của NASA sắp tới (Transiting Exoplanet Survey Satellite), tìm kiếm các hành tinh nhỏ xung quanh các ngôi sao gần đó, những ngôi sao sáng và những ngôi sao nhỏ, mát.


Cre: astronomynow.com

Howell nói: "Trong những nghiên cứu sâu hơn, chúng tôi muốn chắc chắn rằng chúng ta đang quan sát đúng kiểu và kích thước của hành tinh mà chúng ta biết". "Kích thước và khối lượng riêng của hành tinh rất quan trọng đối với những quan sát trong tương lai về các hành tinh bởi Kính viễn vọng không gian James Webb của NASA. Trong bức tranh toàn cảnh, việc biết hành tinh nào nhỏ và là hành tinh đất đá sẽ giúp chúng ta hiểu rằng có khả năng đến đâu tìm ra hành tinh cỡ Trái Đất ở những nơi khác trong thiên hà. "

Nguồn: https://www.nasa.gov/feature/jpl/hid...appear-smaller