Các nhà Thiên văn phát hiện dấu vết hành tinh thứ 9 qua dữ liệu 23 năm

Một vật thể mới được phát hiện trong hai cuộc khảo sát hồng ngoại có thể là bằng chứng rõ nét nhất về hành tinh thứ 9 - một thế giới bí ẩn có kích thước tương đương sao Hải Vương, nằm cách Mặt Trời xa gấp hàng trăm lần Trái Đất.

Các nhà thiên văn từ lâu đã đặt giả thuyết về sự tồn tại của một hành tinh chưa từng được quan sát, ẩn mình ở rìa ngoài cùng của Hệ Mặt Trời. Được gọi là hành tinh thứ 9, hành tinh này có thể giải thích hiện tượng các vật thể xa xôi trong Vành đai Kuiper - khu vực ngoài sao Hải Vương chứa các thiên thể băng giá như sao Diêm Vương - có quỹ đạo bất thường. Một nghiên cứu mới do nhà thiên văn Terry Long Phan từ Đại học Quốc gia Tsing Hua (Đài Loan) dẫn đầu đã tìm ra ứng cử viên sáng giá nhất cho hành tinh này, dựa trên dữ liệu hồng ngoại thu thập cách nhau hơn hai thập kỷ.

Năm 2016, các nhà khoa học Michael Brown và Konstantin Batygin từ Caltech lần đầu đề xuất ý tưởng về hành tinh thứ 9 để lý giải quỹ đạo kỳ lạ của một số vật thể trong Vành đai Kuiper, như Sedna. Khác với khái niệm “Hành Tinh X” trước đây, hành tinh thứ 9 được cho là một thiên thể có khối lượng lớn, với quỹ đạo elip kéo dài, cách Mặt Trời hàng trăm đơn vị thiên văn (AU, 1 AU là khoảng cách từ Trái Đất đến Mặt Trời). Do khoảng cách quá xa, việc phát hiện trực tiếp hành tinh này là một thách thức lớn.

Nhóm nghiên cứu phát hiện ra hành tinh thứ 9 bị ảnh hưởng bởi hiệu ứng thị sai do quỹ đạo của Trái Đất quanh Mặt Trời.

Nhóm của Phan đã áp dụng phương pháp mới, khai thác dữ liệu từ hai cuộc khảo sát toàn bầu trời bằng hồng ngoại cách nhau 23 năm: IRAS của NASA (ra mắt năm 1983) và AKARI của Nhật Bản (hoạt động từ 2006-2011). Họ tìm kiếm các vật thể xuất hiện ở vị trí khác nhau giữa hai bộ dữ liệu này. Với khoảng cách dự kiến của hành tinh thứ 9, chuyển động của nó sẽ rất chậm, khoảng 3 phút cung mỗi năm và bị ảnh hưởng bởi hiệu ứng thị sai do quỹ đạo của Trái Đất quanh Mặt Trời.

Để loại bỏ nhiễu, nhóm nghiên cứu phân tích dữ liệu AKARI thu thập cùng ngày mỗi năm, đảm bảo rằng một vật thể ở xa sẽ xuất hiện ở cùng vị trí hàng năm nếu nó đủ xa. Họ cũng loại bỏ các vật thể gần, chuyển động nhanh bằng cách kiểm tra sự di chuyển hàng giờ. Kết quả, họ tìm thấy một điểm sáng mờ trong dữ liệu IRAS năm 1983, nhưng đã dịch chuyển khoảng 47,4 phút cung trong dữ liệu AKARI năm 2006 - phù hợp với chuyển động quỹ đạo dự kiến của hành tinh thứ 9 sau 23 năm.

Tuy nhiên, dữ liệu hiện tại chưa đủ để xác định quỹ đạo chính xác của vật thể. “Khi biết được vị trí của ứng cử viên, chúng ta có thể sử dụng các kính viễn vọng quang học lớn hiện nay với thời gian phơi sáng dài để phát hiện nó,” Phan chia sẻ với Space.com. Ông cho biết cần quan sát một khu vực khoảng 3 độ vuông trên bầu trời để tính đến khả năng di chuyển của hành tinh kể từ năm 2006. Thiết bị như Máy ảnh Năng lượng Tối trên kính viễn vọng Blanco 4 mét ở Chile có thể thực hiện nhiệm vụ này.

Dựa trên độ sáng của vật thể trong dữ liệu IRAS và AKARI, Phan ước tính nó có thể nặng hơn sao Hải Vương - một phát hiện đáng ngạc nhiên, vì nhóm ban đầu tìm kiếm một hành tinh cỡ siêu Trái Đất. Các khảo sát trước, như WISE của NASA, đã loại bỏ khả năng tồn tại các hành tinh cỡ sao Mộc hoặc sao Thổ ở khoảng cách xa, nhưng một hành tinh cỡ sao Hải Vương vẫn có thể chưa bị phát hiện.

Phan cho rằng dữ liệu WISE không tìm thấy vật thể này do nó đã di chuyển kể từ năm 2006 và quỹ đạo chưa xác định khiến vị trí hiện tại vẫn là bí ẩn. Nếu được xác nhận, quỹ đạo của ứng cử viên sẽ rất đặc biệt, dao động từ 280 AU đến 1.120 AU, xa hơn rất nhiều so với quỹ đạo 30 AU của sao Hải Vương.

Vậy hành tinh thứ 9 đến từ đâu? Phan đưa ra giả thuyết: “Có thể nó hình thành gần Mặt Trời, gần khu vực của sao Mộc, sao Thổ, sao Thiên Vương và sao Hải Vương, rồi bị lực hấp dẫn của các hành tinh khổng lồ này đẩy ra ngoài trong giai đoạn đầu của Hệ Mặt Trời.” Một khả năng khác là nó có thể là hành tinh lang thang bị Mặt Trời bắt giữ từ rất sớm.

Dù đầy triển vọng, phát hiện này vẫn cần được xác nhận. Các kính viễn vọng hiện đại, cùng với Kính viễn vọng Không gian Nancy Grace Roman sắp ra mắt và Đài quan sát Vera C. Rubin vừa được đưa vào hoạt động, hứa hẹn sẽ hỗ trợ tìm kiếm hành tinh thứ 9. Trong khi chờ đợi, cộng đồng khoa học vẫn thận trọng, vì các ứng cử viên trước đây, như một vật thể được phát hiện trong dữ liệu IRAS năm 2021, chưa được xác nhận bởi các khảo sát khác.

Phát hiện này mở ra hy vọng mới về việc giải mã bí ẩn của Hệ Mặt Trời, nhưng câu trả lời cuối cùng vẫn nằm ở những quan sát trong tương lai.