Một hành tinh quay ngược quanh sao lùn đỏ mà không có hành tinh khổng lồ nào để đổ lỗi

Một hành tinh cách Trái Đất 72 năm ánh sáng đang quay quanh ngôi sao của nó theo hướng ngược lại. GJ 3090 b, một thế giới có đường kính gấp hơn hai lần Trái Đất, di chuyển quanh sao lùn đỏ của nó ngược chiều với chiều quay của chính ngôi sao, nghiêng khoảng 136 độ so với vị trí mà các hành tinh được cho là nên nằm. Đây là hành tinh đầu tiên từng được phát hiện quay ngược quanh một sao lùn đỏ, loại sao phổ biến nhất trong thiên hà.

Các hành tinh quay ngược rất hiếm, nhưng không phải là mới. Trong mọi trường hợp trước đây về một quỹ đạo lệch hướng nghiêm trọng như vậy trong một hệ thống có nhiều hành tinh, các nhà thiên văn học có thể chỉ ra thủ phạm: một ngôi sao đồng hành hoặc một hành tinh khổng lồ bên ngoài mà lực hấp dẫn của nó, qua hàng triệu năm, đã kéo một hàng xóm ra khỏi quỹ đạo. Xung quanh GJ 3090 không có kẻ bắt nạt nào như vậy. Sự vắng mặt đó là tin tức thực sự, bởi vì nó gợi ý rằng hành tinh này có thể đã được sinh ra trong một đĩa khí và bụi đã quay theo hướng sai từ trước.

“Trước sự ngạc nhiên lớn của chúng tôi, không chỉ hành tinh GJ 3090 b có quỹ đạo lệch hướng cao, mà nó còn quay ngược,” Yann Carteret, một nghiên cứu sinh tiến sĩ tại Đại học Geneva và là tác giả chính của nghiên cứu trên tạp chí Astronomy & Astrophysics, cho biết.

Hành tinh này là một hành tinh kiểu Hải Vương nhỏ, có bán kính gấp khoảng 2,2 lần Trái Đất và khối lượng gấp 4,5 lần, và nó hoàn thành một quỹ đạo trong khoảng 2,9 ngày. Ngôi sao của nó, một sao lùn đỏ loại M trong chòm sao Phượng Hoàng ở phương Nam, nhỏ hơn và mát hơn Mặt Trời. Hệ thống này cũng chứa ít nhất một hành tinh khác, một hành tinh kiểu Hải Vương nhỏ đã được xác nhận trên quỹ đạo 16 ngày, cùng với một ứng viên ở quỹ đạo 13 ngày.

Cách họ phát hiện một hành tinh đi sai hướng

Không ai có thể chụp ảnh trực tiếp quỹ đạo. Nhóm nghiên cứu đã đọc nó từ ánh sáng sao thay vào đó, sử dụng một thủ thuật gọi là hiệu ứng Rossiter-McLaughlin. Một ngôi sao quay có một bên quay về phía chúng ta và một bên quay đi, vì vậy ánh sáng từ nửa đầu tiên hơi dịch về phía xanh và ánh sáng từ nửa thứ hai dịch về phía đỏ. Khi một hành tinh đi qua bề mặt ngôi sao, nó chặn một mảng của một nửa và sau đó là nửa kia. Thứ tự mà nó che phủ chúng tiết lộ hướng di chuyển.

Đối với một hành tinh đi theo hướng bình thường, nửa đang tiến lại gần được che phủ trước. GJ 3090 b che phủ chúng theo thứ tự ngược lại.

Tín hiệu rất nhỏ. Một lần quá cảnh ở đây kéo dài khoảng một giờ mười lăm phút, hành tinh nhỏ, và ngôi sao quay chậm. Nhóm nghiên cứu đã sử dụng NIRPS, một máy quang phổ cận hồng ngoại trên kính viễn vọng 3,6 mét của Đài thiên văn Nam Âu tại La Silla ở Chile, được xây dựng bởi một tập đoàn do Đại học Geneva và Université de Montréal dẫn đầu. Các sao lùn đỏ phát sáng mạnh hơn nhiều trong vùng hồng ngoại so với ánh sáng khả kiến, đó là lý do tại sao một thiết bị hồng ngoại có thể làm được những gì các thiết bị quang học gặp khó khăn.

Các nhà nghiên cứu đã quan sát sáu lần quá cảnh bằng NIRPS, bốn trong số đó đồng thời với máy quang phổ HARPS cũ hơn, thu thập 193 quang phổ trong khoảng 23 giờ. Thay vì tìm kiếm sự dao động cổ điển trong tốc độ tổng thể của ngôi sao, vốn quá mờ để phát hiện, họ đã sử dụng một phương pháp gọi là RM Revolutions, phân tích ánh sáng từ chính dải sao bị ẩn sau hành tinh tại mỗi thời điểm. GJ 3090 b hiện là hành tinh nhỏ nhất quanh một sao lùn đỏ có phép đo độ nghiêng ba chiều đầy đủ.

Vị trí của 136 độ

Trong Hệ Mặt Trời của chúng ta, các hành tinh quay quanh trong vòng khoảng 7 độ so với xích đạo của Mặt Trời, và mọi hành tinh đều đi cùng hướng với Mặt Trời quay. Một góc 90 độ có nghĩa là quỹ đạo cực, đi qua các cực của ngôi sao. Bất cứ điều gì trên 90 độ là quay ngược. Ở 136 độ, GJ 3090 b gần với hoàn toàn lộn ngược hơn là nghiêng sang một bên.

Điều đó đặt nó vào số những hành tinh nghiêng nhất mà các nhà thiên văn học có phép đo ba chiều, cùng với hai hành tinh khí khổng lồ, KELT-19 b và TOI-1710 b. Nó cũng chỉ là hệ thống thứ sáu được xác nhận có nhiều hành tinh chứa một hành tinh nghiêng hơn 70 độ. Trong năm hệ thống kia, nhóm nghiên cứu lưu ý, luôn có một ngôi sao đồng hành nhị phân rộng hoặc một hành tinh khổng lồ bên ngoài có khả năng gây ra sự lệch hướng.

Các sao lùn đỏ làm cho kết quả trở nên kỳ lạ hơn. Các lớp bên ngoài sâu và hỗn loạn của chúng được cho là tạo ra thủy triều mạnh lên các hành tinh gần, dần dần kéo các quỹ đạo nghiêng trở lại thẳng hàng. GJ 3090 b dường như đã thoát khỏi sự điều chỉnh đó, rất có thể vì nó nhỏ và nằm đủ xa, ở khoảng 13 lần bán kính ngôi sao, để lực thủy triều vẫn yếu.

Thủ phạm mất tích và một đĩa thế hệ thứ hai

Nhóm nghiên cứu đã đi tìm một kẻ gây nhiễu ẩn giấu. Kết hợp dữ liệu vận tốc xuyên tâm trong nhiều năm từ HARPS và NIRPS, chụp ảnh speckle độ phân giải cao và các phép đo từ kính viễn vọng không gian Gaia, họ đã loại trừ bất kỳ ngôi sao đồng hành nào trong vòng khoảng 3 đơn vị thiên văn, và bất kỳ hành tinh nào nặng hơn Sao Mộc trong vòng 15 đơn vị thiên văn, giả sử nó quay trong cùng mặt phẳng với GJ 3090 b. Bất cứ thứ gì nặng hơn 13 khối lượng Sao Mộc, ngưỡng trên đó các vật thể được coi là sao lùn nâu, đều bị loại trừ ra ngoài 100 đơn vị thiên văn với cùng giả định.

“Sự vắng mặt của một người đồng hành khổng lồ để giải thích quỹ đạo bất thường này sẽ dẫn chúng tôi khám phá các giả thuyết khác,” đồng tác giả Vincent Bourrier của Đại học Geneva cho biết.

Giải thích ưa thích của họ là một đĩa thế hệ thứ hai. Sau khi đĩa ban đầu của ngôi sao đã tan hết, sao lùn đỏ trẻ có thể đã quét sạch khí và bụi mới từ không gian liên sao. Vật chất đó sẽ đến với một hướng ngẫu nhiên, và trong trường hợp này nó đến quay ngược chiều với ngôi sao. Các hành tinh sau đó sẽ hình thành bên trong đĩa nghiêng này và di cư vào trong cùng nhau. Các tác giả liên kết ý tưởng này với cái gọi là đĩa Peter Pan, các đĩa sao lùn đỏ tiếp tục nuôi dưỡng các ngôi sao của chúng trong hàng chục triệu năm, lâu hơn nhiều so với các mô hình dự đoán.

Tính toán của họ thêm một ràng buộc. Để ngôi sao không tái thẳng hàng với đĩa mới, nó có thể đã nuốt ít hơn khoảng 1.500 khối lượng Trái Đất vật chất, mà với tỷ lệ tiêu chuẩn có nghĩa là khoảng 15 khối lượng Trái Đất bụi. Chỉ riêng các hành tinh đã chiếm một phần lớn trong số đó, vì vậy hầu hết bụi trong đĩa phải kết thúc trong các hành tinh thay vì rơi xuống ngôi sao.

Những gì nó không giải quyết

Con số 136 độ mang sai số rộng, từ khoảng 118 đến 160 độ. Nhóm nghiên cứu loại trừ quỹ đạo cực ở mức 2,5 sigma, một kết quả có ý nghĩa nhưng còn xa ngưỡng 5 sigma mà các nhà vật lý dành cho các khám phá. Độ nghiêng ba chiều đầy đủ cũng phụ thuộc vào ước tính chu kỳ quay, bán kính và độ nghiêng của ngôi sao, không chỉ dữ liệu quá cảnh.

Kết quả cuối cùng dựa trên năm đêm từ một thiết bị duy nhất. Một lần quá cảnh NIRPS với tín hiệu kém đã bị loại bỏ, và dữ liệu HARPS quá yếu để ràng buộc góc, vì vậy không có thiết bị thứ hai nào xác nhận độc lập hướng đi.

Cuộc tìm kiếm người đồng hành có một lỗ hổng mà các tác giả nêu rõ. Các giới hạn của họ giả định rằng bất kỳ hành tinh khổng lồ ẩn giấu nào cũng quay trong cùng mặt phẳng với GJ 3090 b. Một vật thể lớn trên quỹ đạo nghiêng dốc không bị loại trừ hoàn toàn. Kịch bản đĩa thứ hai là một suy luận từ những gì còn thiếu, chứ không phải là thứ mà ai đó đã quan sát được.

Các câu hỏi thường gặp về các hành tinh quay ngược

Hành tinh quay ngược là gì?

Một hành tinh quay ngược quay quanh ngôi sao của nó theo hướng ngược lại với chiều quay của chính ngôi sao. Các hành tinh hình thành từ cùng một đĩa quay nuôi dưỡng ngôi sao của chúng, vì vậy chúng thường chia sẻ hướng của nó. Một quỹ đạo quay ngược có nghĩa là một thứ gì đó đã làm nghiêng hành tinh hoặc đĩa sinh của nó hơn 90 độ.

Làm thế nào các nhà thiên văn học biết được hướng quay của một hành tinh?

Họ quan sát hành tinh đi qua trước ngôi sao của nó và đo cách mà màu sắc của ánh sáng sao dịch chuyển. Bởi vì một bên của một ngôi sao đang quay tiến lại gần chúng ta và bên kia lùi ra xa, thứ tự mà hành tinh chặn mỗi bên cho thấy hướng di chuyển của nó. Đây là hiệu ứng Rossiter-McLaughlin.

Có vật thể nào quay ngược trong Hệ Mặt Trời của chúng ta không?

Không có hành tinh nào quay ngược quanh Mặt Trời, và cả tám hành tinh đều ở gần xích đạo của Mặt Trời. Một số mặt trăng thì có: mặt trăng lớn nhất của Sao Hải Vương, Triton, quay ngược chiều với chiều quay của hành tinh và được cho là một vật thể bị bắt giữ. Sao Kim tự quay ngược trên trục của nó, nhưng quỹ đạo của nó đi theo hướng bình thường.

GJ 3090 b có thể hỗ trợ sự sống không?

Nghiên cứu không nói gì về sự sống. Hành tinh này quay quanh ngôi sao của nó trong vòng chưa đầy ba ngày, gần hơn nhiều so với Sao Thủy với Mặt Trời. Với khối lượng khoảng 4,5 lần Trái Đất và bán kính 2,2 lần Trái Đất, nó là một hành tinh kiểu Hải Vương nhỏ, một lớp thường được cho là mang một lớp khí dày thay vì một bề mặt đá lộ thiên.

Hành tinh này lần đầu tiên được xác định bởi kính viễn vọng không gian TESS của NASA và được xác nhận vào năm 2022. Các lần quá cảnh NIRPS đằng sau phép đo mới được ghi lại vào năm 2024, và bài báo đã được chấp nhận bởi Astronomy & Astrophysics vào tháng 8 năm 2026 và được công bố vào tháng 9. Kịch bản của các tác giả đưa ra một dự đoán có thể kiểm chứng: nếu mọi hành tinh trong hệ thống hình thành trong cùng một đĩa nghiêng, các hành tinh anh em của GJ 3090 b sẽ chia sẻ độ nghiêng ngược của nó. Bước tiếp theo là đo quỹ đạo của chúng, điều này sẽ khó khăn vì hành tinh 16 ngày không bao giờ đi qua ngôi sao của nó từ góc nhìn của chúng ta.

Tham khảo: Carteret et al., “Upside down: GJ 3090 b the first retrograde exoplanet around an M dwarf detected with NIRPS,” Astronomy & Astrophysics, 2026. DOI: 10.1051/0004-6361/202661989

Thẻ: ESO, GJ 3090 b, La Silla Observatory, ngoại hành tinh, NIRPS, quỹ đạo nghịch hành