Tìm thấy bằng chứng hành tinh thứ 9 khổng lồ trong Hệ Mặt Trời

Dựa trên một số quan sát thiên văn và các mô hình máy tính, các nhà khoa học thuộc ĐH Caltech (Mỹ) cho rằng còn có một hành tinh khác lớn gấp 10 lần Trái Đất đang "trôi nổi" trong vành đai Kuiper.

(click vào xem ảnh gốc)

Câu chuyện về "Hành Tinh X"

Các nhà thiên văn học vẫn thường đặt ra câu hỏi "liệu còn hành tinh nào khác trong Hệ Mặt Trời mà chúng ta chưa từng biết hay không"? Và nghi vấn về hành tinh thứ 9 (hoặc 10 nếu bạn vẫn tính Diêm Vương tinh (Pluto) là một hành tinh "chuẩn") trên thực tế đã tồn tại tới cả thế kỷ.

Việc săn tìm "Hành Tinh X" đã có từ cuối thế kỷ 19, nhưng chúng lại bắt nguồn từ... các sai số đo lường. Nhà thiên văn Percival Lowell tin rằng những khác thường trong quỹ đạo của Thiên Vương tinh (Uranus) và Hải Vương tinh (Neptune) là bằng chứng cho một hành tinh khí khổng lồ còn nằm xa Mặt Trời hơn cả những hành tinh đã biết khác (vào thời điểm đó). Ông tính toán hành tinh này có khối lượng bằng 1/2 Neptune. Song bạn cũng có thể đoán được, Lowell chưa bao giờ tìm ra được hành tinh này vì ông đã qua đời vào 1916.

Một nhà thiên văn khác là Clive Tombaugh, dựa trên ý tưởng của Lowell, đã tìm ra được một hành tinh khác vào 1930. Tuy nhiên, nó không to đẹp và hoành tráng như mong đợi của Lowell. Đó là hành tinh lùn Pluto với khối lượng chỉ hơn 1/7 khối lượng của Mặt Trăng. Song điều này không có nghĩa không còn khả năng tồn tại của một hành tinh khác. Đến những năm 80 của thế kỷ trước, một số nhà thiên văn cho rằng vẫn có thể tồn tại một hành tinh cỡ Mộc tinh (Jupiter) hay Thổ tinh (Saturn) nhưng nằm ngoài quỹ đạo của Pluto.

Hệ thống quan sát thiên văn WISE (click vào xem ảnh gốc)

Nhưng hy vọng này bị dập tắt bởi hệ thống quan sát thiên văn WISE do NASA phóng lên vào 2009. WISE không phát hiện được thiên thể có kích thước cỡ Saturn trong bán kính 10.000 AU (hay 0,15 năm ánh sáng) cũng như cỡ Jupiter trong bán kính 26.000 AU (hay 0,41 năm ánh sáng). Do đó, ý tưởng về Hành Tinh X cơ bản là... chết.

Bí ẩn vành đai Kuiper

Vành đai Kuiper là "người anh lớn" của vành đai tiểu hành tinh - nằm giữa Hoả tinh (Mars) và Jupiter. Vành đai Kuiper được xem là biên giới của Hệ Mặt Trời, với bề rộng gấp 20 lần, khối lượng ước tính gấp 20 - 200 lần vành đai tiểu hành tinh. Lý thuyết về sự tồn tại của Kuiper có từ những năm 30 của thế kỷ trước, nhưng chỉ đến đầu những năm 90 vừa qua nó mới được xác thực. Những thiên thể nằm trong vành đai này được viết tắt là KBO (Kuiper Belt Objects). Cho đến nay đã có hơn 100.000 KBO được phát hiện. Các hành tinh lùn như Pluto, Haumea và Makemake đều thuộc vành đai Kuiper.

Nhưng chúng ta chưa hiểu hết về vành đai này. Một lý do đơn giản là nó ở quá xa, nơi ánh sáng Mặt Trời phải mất rất lâu mới đến được và nếu có phản xạ ngược lại tới Trái Đất, tín hiệu cũng rất mờ nhạt. Vì thế mà chuyến thám hiểu của tàu New Horizons tới Pluto cũng được xem là cơ hội để nhân loại phần nào hiểu hơn về vành đai này (tất nhiên chỉ được một phần).

Quỹ đạo thiên thể Sedna (đỏ), bên trong (tím hồng) là quỹ đạo Pluto

Trước đó, việc phát hiện ra tiểu hành tinh Sedna vào 2003 một lần nữa lại dấy lên nghi vấn về một hành tinh cỡ Neptune trong vành đai Kuiper. Quỹ đạo của Sedna đặc biệt ở chỗ nó khác hẳn mọi hành tinh lùn khác mà con người từng biết, đồng thời nó cũng không ở quá xa Mặt Trời. Do đó người ta đặt ra thắc mắc - chúng ta đã tìm hết được mọi thứ chưa?

Và Sedna không phải đối tượng duy nhất. Trong 13 năm qua, những thiên thể có quỹ đạo bất thường được phát hiện ngày càng nhiều - 2004 VN112, 2007 TG422, 2012 VG174, 2012 VP113 và 2013 RF98. Những con số này khiến cho các nhà thiên văn ở Caltech đặt ra thắc mắc liệu có mối liên hệ nào giữa chúng? Mike Brown, người đứng đầu nhóm nghiên cứu, viết trong bài đăng trên Astronomical Journal: "Nó gần như là anh có 6 bàn tay cùng chạy trên một chiếc đồng hồ ở các vận tốc khác nhau. Nếu anh chú ý quan sát, tất cả chúng đều đang cùng hướng về một địa điểm". Và tỷ lệ trường hợp ngẫu nhiên này chỉ có khoảng 1%.

Những quỹ đạo lạ lùng

Quỹ đạo của các thiên thể trên đều chạy theo cùng 1 hướng, và chúng bị lệch đi khoảng 30 độ so với mặt phẳng quỹ đạo của 8 hành tinh đã biết trong Hệ Mặt Trời. Brown nhận xét: "Chúng tôi cho rằng phải có thứ gì đó đã gây ra các quỹ đạo này". Nhóm của Brown đã chạy các mô hình máy tính để tìm lời giải đáp. Và điều đáng ngạc nhiên là trái với suy nghĩ ban đầu "đó có thể là một hành tinh lùn" của nhóm, kết quả máy tính trả về là một hành tinh khí khổng lồ. Thêm vào đó, quỹ đạo của hành tinh này còn ngược lại so với 8 hành tinh còn lại - là quỹ đạo mà điểm gần Mặt Trời nhất của thiên thể này băng ngang 180 độ so với điểm gần nhất của những thiên thể đã biết.

Quỹ đạo hành tinh thứ 9 (vàng) so với quỹ đạo các KBO (tím) và quỹ đạo các hành tinh khác (xanh)

Điều này bất thường tới nỗi chính đồng sự của Brown, Konstantin Batygin, cũng nhận xét: "Tôi đã rất hoài nghi. Tôi chưa từng thấy điều gì giống thế này trong cơ học hành tinh". Thậm chí nó còn gây hoài nghi về khả năng va chạm giữa các hành tinh với một quỹ đạo bất thường thế này. Batygin nói thêm: "Phản ứng tự nhiên của các anh sẽ là 'hình dạng quỹ đạo này không thể đúng, nó không thể ổn định trong suốt thời gian dài được vì bởi lẽ, nó sẽ khiến cho hành tinh này cùng các thiên thể đâm vào ở phút chót'".

Song có lẽ vẫn còn một cơ chế cơ học cho phép điều trên diễn ra, đó là phép cộng hưởng trung bình chuyển động (mean-motion resonance). Trong đó, khi hành tinh này và các KBO di chuyển quanh quỹ đạo, chúng sẽ tiến hành trao đổi năng lượng và bù trừ khoảng cách cho nhau. Lấy ví dụ, cứ 4 lần hành tinh này chạy được 1 vòng quỹ đạo, thì 1 KBO khác đã hoàn tất được 9 lần quỹ đạo, nên chúng sẽ không đâm vào nhau. Tương tự với các KBO khác trong suốt hàng triệu năm qua.

Clip của ĐH Caltech về giả thuyết hành tinh thứ 9

Bên cạnh đó, mô hình máy tính này còn giải thích rõ ràng hơn tại sao quỹ đạo các BKO như Sedna và 2012VP113 lại lạ lùng đến vậy. Máy tính cho thấy thiên thể gây ra tác động trọng trường nhiều nhất lên chúng là hành tinh thứ 9 kia chứ không phải Neptune. Vì hiện tại các nhà thiên văn vẫn chưa giải đáp được vấn đề thứ 3 liên quan tới BKO. Một số BKO có mặt phẳng quỹ đạo vuông góc với mặt phẳng hoàng đạo. Và để có được điều này, theo tính toán của máy tính, hành tinh thứ 9 kia phải lớn gấp 10 lần Trái Đất và có khoảng cách trung bình với Mặt Trời là 90 tỷ km (hay 602 AU).

Còn nhiều nghi vấn

Lẽ tất nhiên kết quả nghiên cứu của Brown và Batygin chỉ mới hợp lý trên lý thuyết. Mặc dù "có lý" nhưng chúng ta vẫn cần phải tìm ra được hành tinh này thì sự tồn tại của nó mới được khẳng định. Câu hỏi đặt ra là tại sao hệ thống WISE của NASA đã không tìm thấy nó? Lời giải thích có lẽ nằm ở chỗ kích thước vật thể mà WISE tìm kiếm (cỡ Saturn trở lên) lớn hơn kích thước hành tinh này. Vì thế mà hệ thống này đã bỏ qua những vật thể nhỏ hơn khi "rà quét" bầu trời.

Ảnh concept về hành tinh thứ 9 (có thể là hành tinh khí) lớn gấp 10 lần Trái Đất và có chu kỳ quỹ đạo 20.000 năm

Ngoài ra, hành tinh thứ 9 này đến từ đâu? Tại sao quỹ đạo của nó "khác người" đến vậy? Theo các nhà thiên văn Caltech, rất có thể nó đã hình thành cùng lúc với các hành tinh khác của Hệ Mặt Trời, nhưng đã bị 2 "kẻ cả" Jupiter và Saturn lần lượt đẩy văng ra ngoài bằng lực trọng trường. Ngoài ra, còn một khả năng khác là nó đã được Mặt Trời "nhận làm con nuôi" khi đang bay trong dải Ngân Hà. Giả thuyết về những hành tinh "bị bỏ rơi" hoặc "bị bắt cóc" đã tồn tại từ lâu nhưng cho đến nay vẫn có quan sát nào chứng minh được điều này.

Bạn đọc có thể tìm bài viết chi tiết và đầy đủ các dữ liệu nghiên cứu của ĐH Caltech ở link sau đây.

Huyền Thế