Phát hiện kinh ngạc nhất lịch sử thiên văn, giới khoa học dấy lên hy vọng về sự sống ngoài hành tinh

Ngôi sao Kepler-160 và người đồng hành của nó - hành tinh mang tên KOI-456.04 gây ấn tượng mạnh mẽ cho giới thiên văn học bởi những nét tương đồng của nó với Hệ Mặt trời-Trái Đất hơn bất kỳ cặp sao - ngoại hành tinh nào từng được biết đến trước đây.

Trong số hơn 4.000 hành tinh ngoại được biết đến, KOI-456.04 chứa 3 điều đặc biệt: Nhỏ hơn 2 lần kích thước Trái Đất; Quay quanh một ngôi sao giống như Mặt Trời; Và có khoảng cách lý tưởng với ngôi sao chủ, cho phép nhiệt độ bề mặt của ngoại hành tinh này thuận lợi cho sự sống.

Các điều kiện bề mặt trên KOI-456.04 có thể tương tự như các điều kiện đã biết trên Trái Đất. Lượng ánh sáng nhận được từ ngôi sao chủ của nó là khoảng 93% ánh sáng Mặt Trời nhận được trên Trái Đất.

Nếu KOI-456.04 có bầu khí quyển trơ chủ yếu với hiệu ứng nhà kính nhẹ như Trái Đất, thì nhiệt độ bề mặt của nó sẽ thấp hơn khoảng 10 độ so với nhiệt độ trung bình của Trái Đất.

KOI-456.04 được phát hiện bởi một nhóm các nhà thiên văn học Viện nghiên cứu Hệ Mặt Trời Max Planck (MPS) của Đức. Ngôi sao chủ của nó là Kepler-160, thực sự phát ra ánh sáng khả kiến (ánh sáng có thể nhìn thấy được bằng mắt thường).

1. Điều đặc biệt của KEPLER-160 & KOI-456.04

Để hiểu Kepler-160 đặc biệt thế nào, các nhà nghiên cứu cho biết, các ngôi sao trung tâm của hầu hết các ngoại hành tinh phát ra bức xạ hồng ngoại, nhỏ hơn và mờ hơn Mặt Trời của chúng ta, do đó, chúng thường là những ngôi sao lùn đỏ.

Các kính viễn vọng không gian như CoRoT, Kepler và TESS đã cho phép các nhà khoa học khám phá khoảng 4.000 hành tinh ngoài Hệ Mặt Trời (còn gọi là ngoại hành tinh, và chúng quay xung quanh các ngôi sao xa xôi) trong vòng 14 năm qua.

Hầu hết các hành tinh này có kích thước của hành tinh khí khổng lồ sao Hải Vương, gấp khoảng 4 lần Trái Đất, và trong quỹ đạo tương đối gần với các ngôi sao chủ của chúng. Nhưng các nhà khoa học cũng đã phát hiện ra một số ngoại hành tinh nhỏ như Trái Đất có khả năng là hành tinh đất đá. Và một số ít các hành tinh nhỏ này cũng ở khoảng cách phù hợp với ngôi sao chủ của chúng để có khả năng có nhiệt độ bề mặt vừa phải cho sự hiện diện của nước lỏng - thành phần thiết yếu cho sự sống.

Tác giả chính của nghiên cứu - Tiến sĩ René Heller - cho biết: 'Bức tranh đầy đủ về khả năng hiện diện sự sống cũng như tương lai cư trú cho người Trái Đất còn phụ thuộc rất nhiều vào tính chất của ngôi sao chủ của một hệ hành tinh. Cho đến nay, hầu hết các ngoại hành tinh có kích thước nhỏ hơn 2 lần Trái Đất, có nhiệt độ bề mặt lý tưởng cho sự sống, đều nằm trong quỹ đạo xung quanh một ngôi sao lùn đỏ. Do đó, những đặc điểm hội tụ ở KOI-456.04 khiến chúng tôi kinh ngạc vô cùng'.

Sao lùn đỏ được biết đến với tuổi thọ cực kỳ dài. Sự sống trên một ngoại hành tinh quay quanh một ngôi sao lùn đỏ già có khả năng có thời gian gấp đôi thời gian so với sự sống trên Trái Đất (cộng cả quá trình hình thành và tiến hóa).

Nhưng bức xạ từ một ngôi sao lùn đỏ chủ yếu là tia hồng ngoại chứ không phải là ánh sáng khả kiến như chúng ta biết. Nhiều sao lùn đỏ cũng nổi tiếng vì phát ra những ngọn lửa năng lượng cao, đủ để thiêu đốt hành tinh của chúng.

Tất cả những điều này kết hợp lại mang đến (ít) khả năng cư trú của các hành tinh quay xung quanh các ngôi sao lùn đỏ, và do đó vấn đề này đang được tranh luận rất nhiều trong cộng đồng khoa học.

Trong bài báo nghiên cứu của họ, nhóm các nhà khoa học quốc tế đến từ MPS, Đài thiên văn Sonneberg (Đức), Đại học Gottech (Đức), Đại học California (Mỹ), và NASA hiện báo cáo về việc phát hiện ra một ứng cử viên hành tinh có kích thước nhỏ hơn 2 lần Trái Đất và với độ chiếu sáng vừa phải từ một ngôi sao giống như Mặt Trời.

Ở khoảng cách chỉ hơn 3000 năm ánh sáng so với Hệ Mặt Trời, ngôi sao Kepler-160 thuộc sứ mệnh quan sát chính của kính viễn vọng không gian Kepler và được quan sát liên tục từ năm 2009 đến 2013.

Bán kính của Kepler-160 bằng 1,1 lần bán kính Mặt Trời, bề mặt của nó nhiệt độ 5.200 độ C (ít hơn 300 độ so với Mặt Trời) và độ sáng sao rất giống Mặt Trời của nó làm cho Kepler-160 trở thành một bản sao bức chân dung thiên văn của Mặt Trời trong Thái Dương Hệ của chúng ta.

2. Hành trình đi tìm hành tinh thứ 3 củaKEPLER-160

Kepler-160 đã được biết đến trong khoảng 6 năm là một ngôi sao chủ của 2 ngoại hành tinh, được gọi là Kepler-160b và Kepler-160c. Cả hai hành tinh này đều lớn hơn Trái Đất và có quỹ đạo tương đối gần nhau quanh ngôi sao của chúng. Nhiệt độ bề mặt của chúng chắc chắn sẽ khiến chúng nóng hơn lò nướng. Tuy nhiên, các nhà khoa học đã có những nghi ngờ về hành tinh thứ 3 của Kepler-160.

Điều này thôi thúc nhóm các nhà khoa học người Đức và Mỹ xem lại dữ liệu lưu trữ của hệ hành tinh Kepler-160 để tìm kiếm các hành tinh bổ sung xung quanh ngôi sao đó. Tiến sĩ René Heller và các đồng nghiệp của ông trước đây đã thành công trong việc tìm ra tổng cộng 18 ngoại hành tinh trong dữ liệu cũ của kính viễn vọng không gian Kepler.

Tiến sĩ René Heller

Tác giả chính của phát hiện mới nhất về hệ hành tinh Kepler-160

Khi tìm kiếm các ngoại hành tinh, các nhà khoa học thường tìm kiếm sự lặp lại các biến thể độ sáng của các ngôi sao. Những độ mờ tạm thời này, thường chỉ bằng 1% hoặc ít hơn độ sáng của sao, có thể được gây ra bởi các hành tinh đi qua các đĩa của các ngôi sao chủ của chúng khi nhìn từ Trái Đất. Ý tưởng chính của đồng tác giả nghiên cứu Michael Hippke và René Heller là sử dụng một mô hình vật lý chi tiết về sự thay đổi độ sáng của sao.

'Phương pháp này là kỹ thuật tìm kiếm tiêu chuẩn trong gần hai thập kỷ. Sự cải tiến của chúng tôi đặc biệt quan trọng trong việc tìm kiếm các hành tinh nhỏ, có kích thước Trái Đất. Tín hiệu về hành tinh thứ ba (KOI-456.04) mờ nhạt đến nỗi nó gần như bị ẩn hoàn toàn trong bộ dữ liệu. Sử dụng thuật toán tìm kiếm mới, chúng tôi nhận thấy Kepler-160 được quay quanh không phải bởi 2 mà là tổng cộng 4 hành tinh' - Tiến sĩ René Heller giải thích.

Một trong hai hành tinh mà nhóm của René Heller và các đồng nghiệp tìm thấy là Kepler-160d, hành tinh bị nghi ngờ trước đây chịu trách nhiệm về quỹ đạo bị bóp méo của Kepler-160c. Kepler-160d không hiển thị bất kỳ chuyển động nào trong đường cong ánh sáng của ngôi sao và do đó, nó đã được xác nhận gián tiếp.

Các ngoại hành tinh điển hình (quay quanh một ngôi sao chủ) có kích thước bằng sao Hải Vương và nằm trong quỹ đạo gần (hình thứ 3 từ trên xuống). Hầu như tất cả các hành tinh có kích thước Trái Đất được biết là có nhiệt độ bề mặt giống Trái Đất đều nằm trong quỹ đạo xung quanh các ngôi sao lùn đỏ, không phát ra ánh sáng khả kiến mà thay vào đó là bức xạ hồng ngoại (ảnh dưới cùng). Trái Đất nằm trong khoảng cách phù hợp với Mặt Ttrời để có nhiệt độ bề mặt cần thiết cho sự tồn tại của nước lỏng. Ứng cử viên hành tinh mới được phát hiện KOI-456.04 và ngôi sao Kepler-160 (ảnh thứ 2 từ trên xuống) có sự tương đồng lớn với Trái Đất và Mặt Trời (bảng trên cùng). Nguồn: Tiến sĩ René Heller / MPS

Hành tinh khác, chính thức là một ứng cử viên hành tinh, là KOI-456.04, là một hành tinh có bán kính nhỏ hơn bán kính Trái Đất 1,9 lần và thời gian quỹ đạo là 378 ngày. Với ngôi sao chủ giống như Mặt Trời của nó, cùng quỹ đạo rất giống Trái Đất dẫn đến nhận định về cặp sao-hành tinh RẤT GIỐNG Hệ Mặt Trời - Trái Đất cả về lượng ánh sáng nhận được và màu sắc ánh sáng.

Ánh sáng từ Kepler-160 là ánh sáng khả kiến rất giống ánh sáng Mặt Trời. Tất cả mọi thứ được xem xét, KOI-456.04 nằm trong một khu vực có thể ở được của sao (Habitable Zone) - khoảng cách xung quanh một ngôi sao cho phép một hành tinh đất đá kiểu Trái Đất có thể duy trì nước ở trạng thái lỏng và một bầu khí quyển tồn tại trên bề mặt của chúng.

Dù có những đặc điểm 'bản sao' với Trái Đất như vậy nhưng các nhà thiên văn học vẫn không loại trừ khả năng KOI-456.04 không phải là một hành tinh thực sự. Nhóm nghiên cứu ước tính cơ hội có tính chất hành tinh của KOI-456.04 là khoảng 85%. Để có được một trạng thái hành tinh chính thức đòi hỏi phải chiếm 99%.

Thời gian tới, các nhà nghiên cứu sẽ quan sát kỹ lưỡng KOI-456.04. Một số kính viễn vọng trên mặt đất mạnh nhất Trái Đất dự kiến ra mắt trong thời gian tới có thể xác nhận tính chất hành tinh của ứng cử viên này. Riêng tàu vũ trụ PLATO của Cơ quan Vũ trụ Châu Âu (ESA) phóng đi năm 2026 (thực hiện sứ mệnh khám phá các hành tinh có kích thước Trái Đất xung quanh các ngôi sao giống như Mặt Trời) cũng có thể giải đáp nghi ngờ trên của giới khoa học về KOI-456.04.