Sự phá hủy hành tinh trong các hệ có thể khá phổ biến

Các nhà vật lý hiểu những quy luật chi phối quỹ đạo của hai thiên thể, nhưng ngay khi một vật thể thứ ba được thêm vào (chưa kể đến thứ tư, thứ năm, hoặc thứ một trăm) thì động lực học của hệ trở nên phức tạp hơn nhiều. Những bất ổn không thể dự đoán nổi xuất hiện, trong đó một vật thể có thể bị loại bỏ một cách ngẫu nhiên vào không gian hoặc rơi vào sao chủ của nó.

Cái gọi là "bài toán ba vật thể" đã làm đau đầu các nhà khoa học trong nhiều thế kỷ (và gần đây hơn là cơ sở của một loạt tiểu thuyết khoa học viễn tưởng bán chạy cũng như chuyển thể của nó trên Netflix). Một trở ngại trong việc hiểu bài toán này là chúng ta biết tương đối ít về mức độ phổ biến của việc xuất hiện những bất ổn thảm họa như vậy.

Trong một nghiên cứu mới được công bố trên Nature, các nhà nghiên cứu đã làm sáng tỏ một câu hỏi này. Trong một khảo sát về các sao tương đối gần, họ phát hiện có tới một phần mười hai số cặp sao có thể đã nuốt chửng một hành tinh, có thể do hành tinh phát triển một "độ lệch" trong quỹ đạo của nó và rơi vào ngôi sao.

Nghiên cứu các cặp song sinh

Nghiên cứu đã phát hiện ít nhất 8% cặp sao trong các mẫu có những bất thường về hóa học cho thấy một ngôi sao đã nuốt chửng vật chất của hành tinh từng quay quanh nó.

Để phát hiện tín hiệu tinh tế này, nhóm nghiên cứu đã loại trừ những khả năng khác có thể giải thích những mẫu hóa học này. Họ tập trung vào các cặp sao song sinh, được biết đến là đã được sinh ra cùng một lúc từ cùng một hỗn hợp vật liệu.

Cách tiếp cận này có thể loại bỏ các yếu tố gây nhiễu, giống như cách mà nghiên cứu về các cặp sinh đôi thỉnh thoảng được sử dụng trong nghiên cứu xã hội học hoặc y học.

Kết quả đến từ một khảo sát về các cặp song sinh có tên là C3PO mà một trong các tác giả là Yuan-Sen Ting đã khởi xướng ở Mỹ, và Fan Liu cùng những người khác sau này đã tham gia.

Nhóm nghiên cứu đã thu thập mẫu dữ liệu quang phổ của 91 cặp sao song sinh - lớn hơn nhiều lần so với các nghiên cứu tương tự đã được thực hiện trong quá khứ.

Họ phát hiện một số sao khác biệt so với sao sinh đôi của chúng, cho thấy một mẫu hóa học đặc trưng với lượng cao hơn của một số nguyên tố như sắt, niken và titan so với các nguyên tố khác như carbon và oxy. Những sự khác biệt này chỉ ra bằng chứng mạnh mẽ rằng ngôi sao đã nuốt chửng một hành tinh.

Bất ổn có thể phổ biến đến đáng ngạc nhiên

Nếu một ngôi sao nuốt chửng một hoặc nhiều thành viên của một hệ hành tinh, điều này cho thấy một số bất ổn trong động lực học của hệ.

Các mô phỏng cho thấy bất ổn như vậy có thể phổ biến trong cuộc đời đầu của một hệ hành tinh - khoảng 100 triệu năm đầu tiên hoặc hơn. Tuy nhiên, bất kỳ dấu vết nào của các hành tinh bị nuốt chửng trong giai đoạn đầu này sẽ không thể phát hiện trong các ngôi sao mà chúng ta quan sát được, vì chúng đã tồn tại hàng tỷ năm.

Điều này cho thấy các bất thường về hóa học mà nhóm nghiên cứu tìm thấy được gây ra bởi những bất ổn gần đây hơn, khiến các sao nuốt lấy một số hành tinh hoặc vật chất từ hành tinh.

Khám phá này không hoàn toàn bất ngờ. Các nhà lý thuyết nghiên cứu về động lực học hành tinh, bao gồm cả đồng tác giả Bertram Bitsch, đã lưu ý rằng nhiều hệ hành tinh được biết đến là không ổn định, đặc biệt là trong số các hệ có một loại hành tinh được gọi là "siêu Trái Đất" - những hành tinh lớn hơn Trái Đất nhưng nhỏ hơn nhiều so với những hành tinh khổng lồ như Sao Mộc.

Những hệ có siêu Trái Đất có thể đặc biệt không ổn định. Lực hấp dẫn giữa sao chủ và các hành tinh khổng lồ của nó có thể tạo ra bất ổn.

Một sự cân bằng tinh tế

Theo các tác giả, nghiên cứu này khuyến khích chúng ta xem xét lại vị trí của mình trong vũ trụ. Mặc dù chúng ta coi sự ổn định là điều hiển nhiên trong Hệ Mặt Trời của chúng ta, điều này có thể không phải là bình thường trên khắp vũ trụ.

"Nghiên cứu của chúng tôi không cho thấy rằng chúng ta có khả năng thấy những bất ổn như vậy trong Hệ Mặt Trời. Tuy nhiên, ngay cả với kết quả mới của chúng tôi, điều quan trọng là phải nhận ra rằng việc nuốt chửng hành tinh và bất ổn vẫn chỉ xảy ra trong một số nhỏ trường hợp.

Chúng tôi hy vọng nghiên cứu này sẽ truyền cảm hứng cho nhiều người hơn nữa nghiên cứu về các hệ hành tinh và mối quan hệ của chúng với sao chủ. Hiểu biết của chúng tôi về động lực học của các hệ nhiều vật thể vẫn còn rất nhiều hạn chế.

Khi chúng ta tiếp tục khám phá những bí ẩn của vũ trụ, những nghiên cứu như thế này nhắc nhở chúng ta về sự cân bằng tinh tế cho phép sự sống phát triển trên Trái Đất và sự mong manh tiềm tàng với ngôi nhà vũ trụ của chúng ta."

Bryan
Theo Phys.org