Dữ liệu Hubble năm 1999 hé lộ một hành tinh ra đời sau khi ngôi sao của nó chết

Một hành tinh có thể đã hình thành từ đống tàn tích của một ngôi sao đang hấp hối, rất lâu sau khi những hành tinh ban đầu của ngôi sao đó ra đời. Bằng chứng nằm im không ai đọc trong hơn một phần tư thế kỷ trong kho lưu trữ của Kính thiên văn Hubble, như một tập hợp các vạch quang phổ mà không ai nhận dạng được, cho đến khi một nghiên cứu sinh tiến sĩ khớp chúng với niobi.

Kim loại đó không nên hiện diện ở đó với hàm lượng như vậy. Sự hiện diện của nó chỉ ra một hành tinh khí khổng lồ cỡ Sao Mộc đã tự xây nên từ lớp khí mà ngôi sao thải ra trong giai đoạn cuối khổng lồ. Mọi hành tinh chúng ta biết, kể cả Trái Đất, đều hình thành từ phần sót lại của sự sinh ra một ngôi sao. Hành tinh này lại hình thành từ phần sót lại của một cái chết, và điều đó có nghĩa là câu chuyện hành tinh của một ngôi sao không nhất thiết phải kết thúc khi ngôi sao kết thúc.

Ngôi sao đó là HS 0209+0832, một sao lùn trắng cách Trái Đất khoảng 270 năm ánh sáng. Sao lùn trắng là lõi lộ ra của một ngôi sao giống Mặt Trời đã đốt hết nhiên liệu và thổi các lớp ngoài vào không gian. Một nhóm do Jamie Williams, nghiên cứu sinh tiến sĩ tại University of Warwick ở Vương quốc Anh, dẫn đầu đã báo cáo trên Nature Astronomy rằng sao lùn trắng này đang nuốt vật chất không giống bất cứ thứ gì trong Hệ Mặt Trời.

“Thay vì coi giai đoạn sao lùn trắng là một loại đoạn kết cho câu chuyện của một ngôi sao và các hành tinh, nghiên cứu này chỉ ra rằng các hệ chúng ta quen thuộc có thể chỉ là chương đầu của một câu chuyện dài hơn nhiều, với một số nhân vật mới xuất hiện”, Williams nói trong thông cáo ESA/Hubble.

Quang phổ 27 năm tuổi tự phá vụ án lạnh của chính nó

Khi Hubble lần đầu hướng về HS 0209+0832, máy quang phổ của nó tách ánh sáng tử ngoại của ngôi sao thành một dải bước sóng như cầu vồng. Các nguyên tử trong bầu khí quyển của ngôi sao hấp thụ ánh sáng ở các bước sóng cụ thể, nên mỗi nguyên tố để lại một mô hình vạch tối riêng. Khoảng 100 vạch trong số đó không khớp với bất kỳ mục nào trong các danh mục nguyên tử mà các nhà thiên văn sử dụng thời đó.

Williams quay lại dữ liệu lưu trữ với một cơ sở dữ liệu cập nhật về các chuyển dời nguyên tử và thấy niobi giải thích được nhiều vạch bí ẩn. “Điều Hubble cho chúng tôi thấy trong hệ sao lùn trắng này là thứ chúng tôi chưa từng thấy trước đây: hàm lượng nguyên tố niobi rất cao, một dấu hiệu mà tôi không quen thuộc khi lần đầu tìm thấy trong dữ liệu lưu trữ”, anh nói.

Nhóm sau đó kiểm tra một bản ghi thứ hai, độc lập. Vệ tinh tử ngoại FUSE đã nghỉ hưu của NASA cũng từng quan sát ngôi sao này, và phổ của nó cho thấy dấu hiệu niobi mạnh tương tự. Các phổ Hubble mới hơn lấp đầy phần còn lại của bức tranh hóa học: bầu khí quyển sao lùn trắng giàu kẽm, đồng và niobi, tất cả đều là các nguyên tố nặng hơn sắt, trong khi silicon và sắt – xương sống của các hành tinh đá – bị suy giảm.

Mảnh ghép cuối cùng đến từ TESS của NASA, một vệ tinh được chế tạo để tìm hành tinh bằng cách theo dõi các ngôi sao khi độ sáng giảm nhẹ. Suốt bốn tháng, nó phát hiện sao lùn trắng sáng lên rồi mờ đi khoảng 0,12% theo chu kỳ 4,399 ngày. Nhóm đọc nhịp điệu đó như một hành tinh nằm trên quỹ đạo rất gần, cách ngôi sao khoảng 6 triệu km, xấp xỉ một phần mười khoảng cách từ Sao Thủy đến Mặt Trời.

Vì sao niobi đánh dấu cái chết của một ngôi sao, chứ không phải sự ra đời

Các sao lùn trắng thông thường có bầu khí quyển “ô nhiễm” là phổ biến. Khoảng một phần tư đến một nửa số đó cho thấy các kim loại lẽ ra đã chìm khuất trong vòng vài ngày đến hàng triệu năm, tùy thuộc vào từng ngôi sao, và lời giải thích thường gặp là chúng đang ăn các tiểu hành tinh hoặc hành tinh vỡ nát. Thành phần hóa học của đống vụn đó cho đến nay rất giống với các thiên thể trong Hệ Mặt Trời của chúng ta: nhiều sắt, silicon, magiê và oxy.

HS 0209+0832 phá vỡ khuôn mẫu đó. Các nguyên tố nặng hơn sắt không được tạo ra bởi phản ứng nhiệt hạch cung cấp năng lượng cho một ngôi sao trong phần lớn đời sống của nó. Nhiều nguyên tố trong số đó, gồm niobi, được tạo thành qua quá trình bắt neutron chậm, diễn ra sâu bên trong những ngôi sao giống Mặt Trời trong giai đoạn cuối khổng lồ, rồi được đưa lên bề mặt và thổi ra ngoài. “Niobi và các nguyên tố nặng hơn sắt khác là đặc biệt về mặt thiên văn vì, không giống nhiều nguyên tố phổ biến, chúng không được tạo ra trong lõi sao bằng phản ứng nhiệt hạch”, Nicholas Stone, nhà vật lý thiên văn lý thuyết tại University of Wisconsin–Madison và là thành viên nhóm, nói.

Vì thế vật chất rơi xuống ngôi sao mang dấu vân tay của chính lớp khí hấp hối của ngôi sao. Kịch bản của nhóm là một phần lớp khí bị thổi ra đó tụ lại thành một hành tinh khí khổng lồ mới trong khi phần còn lại tan biến. Sao lùn trắng vẫn còn trẻ và rất nóng, khoảng 35.000 độ C, và bức xạ của nó đang đun sôi bầu khí quyển của hành tinh. Lớp khí thoát ra sẽ theo sau hành tinh như đuôi sao chổi, lắng thành một đĩa và mưa xuống ngôi sao – đúng nơi Hubble quan sát thấy.

“Khi Jamie hỏi tôi về niobi trong nghiên cứu này, tôi thực sự choáng váng, vì nguyên tố đó chưa từng được báo cáo trong bất kỳ sao lùn trắng nào được phân tích cho đến nay. Một khi chúng tôi nhận ra nó có ở đó, mọi thứ khớp lại đúng chỗ”, Boris Gaensicke, nhà thiên văn Warwick và đồng tác giả, nói.

So với các hành tinh khác quanh những ngôi sao đã chết

Chỉ có một số ít hành tinh được biết quanh các sao lùn trắng. Nổi tiếng nhất là WD 1856+534 b, một thế giới cỡ Sao Mộc mà TESS bắt gặp băng qua trước sao lùn trắng của nó mỗi 1,4 ngày. Giống như Trái Đất, nó được giả định là một người sống sót: hành tinh thế hệ thứ nhất hình thành cùng ngôi sao và bằng cách nào đó kết thúc ở gần phần lõi tàn dư.

Những hành tinh ngoài Hệ Mặt Trời đầu tiên từng được xác nhận quay quanh một sao xung – lõi sụp đổ còn lại sau một siêu tân tinh – và một giải thích hàng đầu là chúng cũng hình thành từ các mảnh vụn sau vụ nổ. Nhưng không có gì trong tín hiệu của sao xung tiết lộ những hành tinh đó được cấu tạo từ gì. Tại HS 0209+0832, lập luận dựa vào hóa học, và đây là lý do nhóm mô tả nó là ứng viên đầu tiên có thành phần đúng như kỳ vọng của một hành tinh hình thành từ vật chất phóng ra của một ngôi sao đang chết.

Sự so sánh cũng hướng về phía trước. Trong vài tỷ năm nữa, Mặt Trời sẽ phồng lên thành sao khổng lồ đỏ, mất một phần lớn khối lượng và lắng xuống thành sao lùn trắng. Nếu các hành tinh thế hệ thứ hai có thể hình thành trong lớp khí thoát ra đó, tương lai sao lùn trắng của Hệ Mặt Trời có thể bao gồm những thế giới chưa từng tồn tại.

Những gì nghiên cứu chưa kết luận

Hành tinh chưa được nhìn thấy trực tiếp. Nó được suy ra từ hai dòng bằng chứng: hóa học kỳ lạ của khí rơi xuống ngôi sao và chu kỳ sáng tối 4,4 ngày. Bài báo gọi nó là ứng viên xuyên suốt, và tín hiệu TESS có thể hiểu theo nhiều cách. Nó có thể là ánh sáng từ mặt ban ngày nóng bỏng của một hành tinh đang xoay ra vào tầm nhìn, hoặc một đuôi khí thoát ra giống sao chổi đi ngang trước ngôi sao, như chính các tác giả lưu ý.

Lập luận về thành phần hóa học rất mạnh, nhưng nó dựa trên một hệ duy nhất. Chưa có mô hình nào giải thích chi tiết một hành tinh khí khổng lồ tự tụ lại từ dòng vật chất của một ngôi sao đang chết như thế nào, điều đó xảy ra thường xuyên ra sao, hoặc một hành tinh như vậy có thể sống sót bao lâu trước bức xạ của sao lùn trắng. Williams nghĩ hành tinh này có lẽ sẽ sống sót, bởi ngôi sao sẽ nguội dần và ngừng bóc bầu khí quyển của nó. Đó là một phép ngoại suy, không phải quan sát.

Những giải thích khác cho các kim loại phải bị loại trừ bằng nhiều dữ liệu hơn. Các tác giả lập luận rằng heli trong bầu khí quyển và sự gần như vắng mặt của các nguyên tố tạo đá chỉ ra bầu khí quyển đang thoát ra của một hành tinh thay vì một tiểu hành tinh bị xé nát, nhưng một hệ thứ hai có cùng dấu hiệu sẽ có sức nặng lớn hơn nhiều so với bất kỳ phép đo đơn lẻ nào.

Các câu hỏi thường gặp về hành tinh thế hệ thứ hai

Hành tinh thế hệ thứ hai là gì?

Đó là một hành tinh hình thành quanh một tàn tích sao, chẳng hạn như sao lùn trắng, từ vật chất mà ngôi sao phóng ra ở cuối đời. Trái Đất và các hành tinh khác trong Hệ Mặt Trời là các hành tinh thế hệ thứ nhất, được tạo nên từ khí và bụi còn sót lại khi Mặt Trời hình thành.

Sao lùn trắng là gì?

Sao lùn trắng là lõi nóng, đặc còn lại khi một ngôi sao như Mặt Trời cạn nhiên liệu và tách bỏ các lớp ngoài. Nó nén khoảng khối lượng của một ngôi sao vào một quả cầu cỡ Trái Đất và nguội từ từ qua hàng tỷ năm.

Làm thế nào Hubble tìm thấy một hành tinh mà nó không nhìn thấy?

Hubble đo các nguyên tố hóa học rơi xuống sao lùn trắng, và các nguyên tố đó khớp với khí mà một ngôi sao đang chết giải phóng hơn là đá thông thường. Một vệ tinh riêng, TESS, phát hiện một chu kỳ sáng đều đặn 4,4 ngày mà nhóm quy cho một hành tinh trên quỹ đạo gần.

Mặt Trời có tạo ra hành tinh mới sau khi nó chết không?

Chưa ai biết. Mặt Trời sẽ trở thành sao lùn trắng sau vài tỷ năm và trên đường đi sẽ tách một phần lớn khối lượng, nên nguyên liệu thô sẽ tồn tại. Phát hiện này gợi ý rằng hành tinh có thể hình thành từ vật chất như vậy, nhưng một ứng viên không thể cho biết điều đó xảy ra thường xuyên thế nào.

Vì sao niobi lại quan trọng?

Niobi nặng hơn sắt, và các ngôi sao không thể tạo ra nó qua phản ứng nhiệt hạch cung cấp năng lượng cho phần lớn đời chúng. Phần lớn niobi được tạo ra trong giai đoạn cuối khổng lồ của một ngôi sao, nên việc tìm thấy nhiều niobi trong khí rơi xuống sao lùn trắng chỉ ra vật chất đến từ một ngôi sao đang chết chứ không phải từ các hành tinh thông thường.

Điều tiếp theo

Hubble lần đầu quan sát ngôi sao vào năm 1999, và phân tích mới được công bố trên Nature Astronomy vào ngày 5 tháng 10 năm 2026, cùng với một thông cáo ESA/Hubble. Williams dự định dùng Hubble trong vài năm tới để tìm thêm những sao lùn trắng có cùng hóa học, điều sẽ cho thấy HS 0209+0832 là cá biệt hay là thành viên đầu tiên của một quần thể. Các quan sát tiếp theo về chu kỳ 4,4 ngày của nó ở các bước sóng khác cũng có thể giúp phân biệt một hành tinh phát sáng với một đuôi khí đi ngang qua.

Reference: Williams et al., “Discovery of a second-generation planet candidate accreting onto a white dwarf,” Nature Astronomy, 2026. DOI: 10.1038/s41550-026-02983-7

Thẻ: thiên văn học, Hubble, ngoại hành tinh, sao lùn trắng, HS 0209+0832, TESS