Phát hiện ‘vệ tinh ngoại hành tinh’ khổng lồ làm thay đổi định nghĩa về mặt trăng

Cách Trái Đất khoảng 73 năm ánh sáng, một vệ tinh ngoại hành tinh có kích thước khổng lồ đã được phát hiện trong hệ sao CD-35 2722 - gồm một sao lùn đỏ, một sao lùn nâu quay quanh nó và vệ tinh ngoại hành tinh mới được phát hiện đang quay quanh sao lùn nâu. Vệ tinh này có kích thước gần bằng Sao Mộc, tạo nên một hệ ba tầng độc đáo chưa từng thấy trong hệ Mặt Trời của chúng ta.

Phát hiện này được thực hiện bằng công cụ quang phổ CRIRES+ trên Kính viễn vọng Rất Lớn (Very Large Telescope) thông qua phân tích sự dịch chuyển Doppler của ánh sáng phát ra từ sao lùn nâu, nhằm đo lực hút trọng trường mà vệ tinh ngoại hành tinh gây ra. Đây là phương pháp từng được sử dụng để phát hiện hành tinh ngoại hệ đầu tiên 51 Pegasi b vào năm 1995.

Sao lùn nâu có tên CD-35 2722b sở hữu khối lượng khoảng 37 lần Sao Mộc, trong khi vệ tinh ngoại hành tinh mới có khối lượng tối thiểu khoảng 90% Sao Mộc. Trước đây, các vật thể có khối lượng hành tinh quay quanh sao lùn nâu từng được phát hiện, như 2M1207b vào năm 2005 nhưng chưa từng được gọi là vệ tinh hay mặt trăng. Khác biệt quan trọng ở đây nằm ở tỷ lệ khối lượng và khoảng cách quỹ đạo.

Cụ thể, trong hệ 2M1207, vật thể quay quanh sao lùn nâu có khối lượng tương đương khoảng một phần tư sao lùn nâu chủ và quay trên quỹ đạo rộng, có chu kỳ có thể dài đến 20.000 năm. Trong khi đó, vệ tinh ngoại hành tinh của CD-35 2722b chỉ chiếm khoảng 2,5% khối lượng chủ và có quỹ đạo chặt hơn, chu kỳ khoảng 170 ngày. Đặc biệt, sao lùn nâu CD-35 2722b còn quay quanh ngôi sao lùn đỏ CD-35 2722 với chu kỳ quỹ đạo khoảng 5.000 năm tạo nên hệ ba tầng hiếm thấy.

Phân loại vệ tinh này đã đặt ra câu hỏi về cách gọi quen thuộc với các vật thể ngoài hệ Mặt Trời. Theo Mary Anne Limbach từ Đại học Michigan, thuật ngữ ‘exosatellite’ (vệ tinh ngoại hành tinh) phù hợp hơn ‘exomoon’ (mặt trăng ngoại hành tinh) do lĩnh vực thiên văn học cần khái niệm bao quát cho những vật thể không dễ xếp loại truyền thống vào hành tinh hay mặt trăng.

Việc định danh cũng liên quan mật thiết đến cách các vệ tinh hình thành. Hệ thống các mặt trăng trong hệ Mặt Trời được tạo ra từ đĩa bụi vật chất quanh các hành tinh, vật chất cô đặc thành lõi rồi hút vật chất bổ sung. Đây gọi là quá trình tích tụ lõi (core accretion).

Nghiên cứu trưởng nhóm Kevin Hoy nhận định vệ tinh ngoại hành tinh mới không hình thành qua cơ chế này do kích thước đĩa cần thiết quá lớn, thời gian hình thành chỉ khoảng 150 triệu năm quá ngắn và quỹ đạo lệch tâm không điển hình so với mặt trăng sinh ra tại chỗ thường có quỹ đạo tròn hơn.

Thay vào đó, nhóm nghiên cứu nghiêng về khả năng sao lùn nâu và vệ tinh này cùng hình thành từ sự sụp đổ trực tiếp của một đám mây khí giống như quá trình tạo thành sao. Limbach đồng ý quan điểm vật thể có thể gọi là mặt trăng nếu nó hình thành tương tự như các mặt trăng trong hệ Mặt Trời.

Hiện vẫn chưa rõ hệ tầng ba của CD-35 2722 có thể mở rộng xuống thêm các vệ tinh quay quanh vệ tinh ngoại hành tinh hay không. Kevin Hoy cho biết đó hoàn toàn có thể xảy ra nếu các quỹ đạo đủ gần để tránh bị ảnh hưởng của thủy triều hấp dẫn gây mất ổn định.

Tuy nhiên, các vệ tinh nhỏ thuộc loại này rất khó phát hiện bằng các phương pháp hiện nay. Dù vậy, điều này không loại trừ khả năng CD-35 2722 chỉ là một trong số nhiều hệ sao có cấu trúc phức tạp tương tự, mà khoa học sẽ lần lượt khám phá nhờ các công nghệ mới.

Kevin Hoy góp ý rằng việc quan sát trực tiếp các hành tinh và sao lùn nâu, cùng các kỹ thuật như đo vận tốc và thấu kính hấp dẫn vi mô sẽ là chìa khóa mở rộng tìm kiếm vệ tinh ngoại hành tinh. Sứ mệnh PLATO của Cơ quan Vũ trụ châu Âu, dự kiến ra mắt năm 2027, dự kiến phát hiện nhiều mặt trăng ngoại hành tinh lớn.

Những phát hiện này hứa hẹn mở ra kỷ nguyên mới trong nghiên cứu mặt trăng và vệ tinh ngoài hệ Mặt Trời, làm giàu thêm kiến thức về sự đa dạng của các hệ hành tinh và vệ tinh trong vũ trụ.

Bài viết được biên tập với sự hỗ trợ của công cụ trí tuệ nhân tạo (AI), tổng hợp từ các nguồn tin dẫn bên dưới và đã qua kiểm duyệt của toà soạn Quang Minh Việt Nam.