Kĩ thuật mới săn tìm hành tinh ngoại

Hiệp Khách Quậy Các nhà thiên văn ở Mĩ vừa phát minh ra một kĩ thuật mới ghi ảnh trực tiếp của những hành tinh đang quay xung quanh những ngôi sao ở xa. Đột phá trên có nghĩa là người ta có thể linh hoạt nhìn ngắm nhiều “hành tinh ngoại” với những chiếc kính thiên văn nhỏ hơn nhiều so với cái có thể làm được hiện nay.... Xin mời đọc tiếp.

Các nhà thiên văn ở Mĩ vừa phát minh ra một kĩ thuật mới ghi ảnh trực tiếp của những hành tinh đang quay xung quanh những ngôi sao ở xa. Đột phá trên có nghĩa là người ta có thể linh hoạt nhìn ngắm nhiều “hành tinh ngoại” với những chiếc kính thiên văn nhỏ hơn nhiều so với cái có thể làm được hiện nay. Mặc dù kĩ thuật trên vẫn chưa được sử dụng để tìm ra bất kì hành tinh ngoại mới nào, nhưng các nhà nghiên cứu đã xác nhận sự tồn tại của ba hành tinh đã biết đang quay xung quanh một ngôi sao ở xa.

Hành tinh đầu tiên đang quay xung quanh một ngôi sao khác được tìm thấy vào năm 1995 và kể từ đó các nhà thiên văn đã liên tục khám phá ra hơn 450 vật thể như vậy. Đa số các hành tinh ngoại đã được phát hiện ra gián tiếp bởi việc quan sát sự tác dụng của chúng lên độ sáng hay chuyển động của ngôi sao bố mẹ của chúng.

Tuy nhiên, cách tốt nhất xác định thành phần hóa học của một hành tinh ngoại, yếu tố cho chúng ta biết nó có thích hợp cho sự sống hay không, là phân tích quang phổ của ánh sáng truyền trực tiếp từ hành tinh ngoại đó đến Trái đất. Vấn đề là việc phát hiện trực tiếp rất khó thực hiện nếu sử dụng những chiếc kính thiên văn mặt đất cỡ nhỏ. Từ trước đến nay, những hình ảnh trực tiếp chỉ có thể thu được với Kính thiên văn vũ trụ Hubble và một vài kính thiên văn mặt đất rất lớn.

alt
Ba hành tinh ngoại (đánh dấu B, C và D) đang quay xung quanh ngôi sao HR 8799, nhìn qua kính thiên văn Palomar. Vòng tròn đứt nét thể hiện vùng 300 mili giây cung. (Ảnh: Gene Serabyn)

Vấn đề kích cỡ

Tuy nhiên, nay Gene Serabyn và các đồng nghiệp tại Phòng thí nghiệm Sức đẩy Phản lực ở gần Los Angeles vừa đi tới một phương pháp ghi ảnh những hành tinh ngoại, sử dụng những chiếc kính thiên văn nhỏ hơn nhiều. Thật vậy, phép đo của họ với một dụng cụ đường kính 1,5m có chất lượng ngang ngửa như khi sử dụng một kính thiên văn 10m, lớn hơn nhiều.

Đội của Serabyn bắt đầu bằng cách làm sắc nét ảnh của một ngôi sao, sử dụng quang học thích ứng để loại bỏ đa phần sự méo mó xảy ra khi ánh sáng sao đi qua bầu khí quyển của Trái đất. Hình ảnh thu được gồm một hệ vân nhiễu xạ chứa một đĩa sáng trung tâm, bao quanh bởi những vòng tròn đồng tâm sáng và tối – một hệ quả không thể tránh khỏi của ánh sáng đi qua lỗ kính thiên văn.

Vấn đề là nếu ngôi sao trên có một hành tinh ngoại, thì ảnh của nó sẽ mờ hơn nhiều và có thể bị che khuất bởi hệ vân nhiễu xạ này. Thật vậy, các nhà thiên văn chỉ có thể phân giải những hành tinh ngoại đang quay vượt ngoài một khoảng cách nhất định tính từ ngôi sao ra vì độ sáng của hệ vân giảm nhanh từ cực đại trung tâm ra. Khoảng cách này tỉ lệ nghịch với kích cỡ của lỗ ống kính thiên văn, đó là nguyên do vì sao nên sử dụng những thiết bị cỡ lớn.

Tự do nhiễu xạ

Serabyn và các đồng nghiệp đi giải bài toán này bằng cách sử dụng một “nhật hoa phổ xoáy”, chặn lấy ánh sáng từ ngôi sao đến và loại đa phần hệ vân nhiễu xạ khỏi ảnh. Đi tiên phong bởi thành viên đội, Dimitri Mawet, cùng những người khác, nhật hoa phổ xoáy là một “bản pha” thủy tinh nhỏ áp dụng một sự dịch chuyển pha xoắn ốc đối với ánh sáng truyền qua nó. Ánh sáng sao được tập trung vào ngay đúng tâm đĩa, nghĩa là ánh sáng sao ló ra từ những phía khác ở một góc tương đối lớn so với trục của kính thiên văn (xem biểu đồ).

alt
Giản đồ nguyên lí hoạt động của nhật hoa phổ xoáy. Ánh sáng sao bị chặn lại bởi bản dừng Lyot. (Ảnh: Gene Serabyn)

Nhưng vì hành tinh ngoại nằm ở một vị trí khác ngoài ngôi sao, nên ánh sáng của nó không được tập trung vào rất gần tâm đĩa và vì thế ló ra ở một góc nhỏ hơn nhiều. Ánh sáng sao khi đó bị loại bằng một tấm chặn có một lỗ ở giữa, qua đó ánh sáng từ hành tinh ngoại có thể truyền qua.

Đội nghiên cứu đã kiểm tra cơ cấu của họ, sử dụng kính thiên văn Hale đường kính 5,1 m trên Núi Palomar ở California, Hoa Kì. Thay vì sử dụng toàn bộ ánh sáng mà kính thiên văn thu gom được, đội khoa học sử dụng một lỗ kính nhỏ 1,5 m vì điều này cho phép hệ quang học thích ứng mang lại hình ảnh khả dĩ tốt nhất.

Đội nghiên cứu hướng kính thiên văn trên về phía ngôi sao HR 8799, nơi được biết có ba hành tinh ngoại đã được ghi ảnh trực tiếp vào năm 2008 bởi Christian Marois cùng các đồng nghiệp tại Viện Thiên văn Vật lí Herzberg ở Canada. Marois sử dụng một kính thiên văn 10 m tại đài thiên văn Keck ở Hawaii và có thể nhìn rõ trong phạm vi 440 mili giây cung của ngôi sao trên.

Sử dụng cơ cấu 1,5m của họ, Serabyn và các đồng nghiệp cũng có thể trông thấy cả ba hành tinh ngoại – và có tầm nhìn rõ trong phạm vi 300 mili giây cung của ngôi sao trên. Marois, người không có liên quan trong quan sát trên đỉnh Palomar, mô tả kết quả trên là “đáng chú ý”, và ông bổ sung thêm rằng “chúng ta có thể trông đợi những khám phá lớn sẽ được thực hiện khi chúng ta có trong tay cơ cấu quang học tương tự hoạt động trên khẩu độ 8-10m trọn vẹn trong vòng vài năm tới”.

Nhiều kính thiên văn hơn

Một ưu điểm của kĩ thuật trên là nó có thể cho phép nhiều kính thiên văn hơn thu lấy hình ảnh trực tiếp của những hành tinh ngoại. Thật vậy, Serabyn tin rằng nó có thể dùng để cải thiện 50-100 thiết bị hiện có. Ngoài ra, các kính thiên văn vũ trụ được thiết kế để săn tìm hành tinh ngoại có thể chế tạo nhỏ hơn và vì thế sẽ rẻ hơn và dễ khai thác hơn.

“Mục tiêu của chúng tôi là một ngày nào đó chộp được hình ảnh của những hệ mặt trời, thể hiện toàn bộ những hành tinh trong quỹ đạo của chúng xung quanh ngôi sao, và tiến hành đo quang phổ của tất cả chúng”, Serabyn phát biểu. Ông cho biết thêm rằng hiện đội của ông cũng đang thương thuyết với một vài nhóm phát triển những dụng cụ quang thích nghi thế hệ tiếp theo về nhật hoa phổ xoáy tích hợp.

Đội nghiên cứu sẽ trở lại Palomar trong mùa hè năm nay, và họ sẽ tiến hành một chương trình khảo sát những ngôi sao ở gần nhằm tìm kiếm những hành tinh ngoại.

Theo physicsworld.com

Mời đọc thêm