Hệ thống vòng bất thường xuất hiện trong hệ mặt trời, phá vỡ lý thuyết quỹ đạo vòng

Trong hệ Mặt Trời, không nhiều thiên thể có vành đai. Khi nhắc đến vành đai, mọi người thường nghĩ ngay đến vòng sáng lộng lẫy của Sao Thổ. Nhưng thực ra, Sao Mộc, Thiên Vương Tinh, Hải Vương Tinh cũng đều có vành đai, chỉ là không nổi bật bằng Sao Thổ. Thậm chí, cả hai tiểu hành tinh nữ Cà Rồng và Thần Sinh cũng “đeo nhẫn”. Có thể thấy, hệ thống vành đai là một trong những phụ kiện khá hiếm trong hệ Mặt Trời.

Tại sao hệ thống vành đai lại hiếm gặp như vậy? Nguyên nhân chính là do vị trí phải được chọn lọc kỹ càng. Nếu quỹ đạo của vành đai không đúng, vật chất bên trong sẽ từ từ tụ lại với nhau, cuối cùng hình thành vệ tinh mới. Vì vậy, không phải tất cả các thiên thể đều có thể duy trì hệ thống vành đai ổn định.

Giới hạn Roche: “Dây an toàn” của hệ thống vành đai

Các nhà thiên văn đã sớm phát hiện ra một quy luật gọi là Giới hạn Roche. Đường “không thể nhìn thấy” này quyết định phạm vi tồn tại của vành đai. Trong giới hạn này, lực hấp dẫn của thiên thể chính đủ mạnh để xé rách các thiên thể gần đó, biến chúng thành vật chất của vành đai. Khi vượt quá giới hạn này, lực hấp dẫn của thiên thể chính yếu đi, lực hút giữa các hạt nhỏ lại chiếm ưu thế, khiến vật chất của vành đai dễ dính lại với nhau, cuối cùng hình thành vệ tinh.

Do đó, hầu hết các hệ thống vành đai đã biết đều nằm trong giới hạn Roche hoặc sát cạnh đường này. Vị trí này là “an toàn” nhất cho hệ thống vành đai — không bị xé rách, cũng không tụ lại thành vệ tinh mới.

Vành đai “vượt qua giới hạn” của Quaoar

Trong khi lý thuyết này tưởng chừng hoàn hảo, thì lại xuất hiện rắc rối.

Các nhà khoa học gần đây đã phát hiện ra một hệ thống vành đai kỳ lạ ở rìa hệ Mặt Trời, chủ nhân của nó là một hành tinh lùn tên là Quaoar (trước đây gọi là Crea). Thiên thể băng này chỉ lớn bằng một nửa Pluto, nằm trong vành đai Kuiper ngoài Hải Vương Tinh, cách Mặt Trời khoảng 43 lần khoảng cách Trái Đất.

Một nhóm các nhà thiên văn quốc tế đã sử dụng máy ảnh tốc độ cao HiPERCAM để quan sát. Thiết bị cực kỳ nhạy này được lắp trên kính thiên văn lớn Canary có đường kính 10.4 mét tại đảo La Palma. Do Quaoar quá xa Trái Đất, các nhà khoa học không thể chụp trực tiếp vành đai của nó, mà sử dụng phương pháp tinh vi hơn — quan sát hiện tượng che khuất.

Nói đơn giản, giống như nhật thực, khi Quaoar đi qua trước Mặt Trời, nó sẽ che khuất ánh sáng của các sao nền. Các nhà khoa học có thể suy ra qua sự biến đổi cường độ sáng xem có vành đai quanh Quaoar hay không. Quả nhiên, họ đã ghi lại hai lần giảm sáng thêm ngoài dự kiến trước và sau khi che khuất, xác nhận sự tồn tại của hệ thống vành đai này. Những vành đai này rất yếu, không thể nhìn thấy rõ hình dạng, nhưng dữ liệu không nói dối.

Vượt qua giới hạn lý thuyết

Điều gây sốc là, vành đai của Quaoar nằm cách chính nó hơn 7 lần bán kính hành tinh, gấp đôi dự đoán của giới hạn Roche truyền thống về quỹ đạo tối đa. Nói cách khác, vành đai này không nên tồn tại — theo lý thuyết hiện tại, vật chất của nó đã sớm tụ lại thành vệ tinh.

Phát hiện này trực tiếp thách thức cách các nhà thiên văn hiểu về sự hình thành của hệ thống vành đai. Các lý thuyết đã xây dựng trong hàng chục năm bỗng nhiên xuất hiện “lỗ hổng”.

Giải thích có thể

Với loại “vượt quy định” này, các nhà nghiên cứu đề xuất một số khả năng:

Giả thuyết trùng hợp thời điểm: Có thể chúng ta vô tình bắt gặp thời điểm vành đai sắp biến thành vệ tinh. Nhưng xác suất này cực thấp, rất khó giải thích tại sao lại đúng lúc chúng ta quan sát.

Giả thuyết vệ tinh ổn định: Các vệ tinh đã biết của Quaoar như Weywot hoặc các vệ tinh ẩn khác có thể cung cấp thêm lực hấp dẫn, giúp hệ thống vành đai duy trì ổn định. Giống như một “giá đỡ lực hấp dẫn”.

Giả thuyết va chạm đàn hồi: Các hạt của vành đai có thể va chạm theo cách đặc biệt, giống như các quả bóng đàn hồi bật ra khỏi nhau, tránh dính lại thành một khối.

Hiện tại, chưa thể xác định chính xác giả thuyết nào đúng nhất. Nhưng các nhà nghiên cứu tin rằng dữ liệu quan sát là chính xác — đây không phải lỗi của thiết bị, mà là hiện tượng thực sự tồn tại.

Hệ Mặt Trời vẫn còn quá nhiều điều chưa biết

So với các vành của Sao Mộc, Sao Thổ, Thiên Vương Tinh, Hải Vương Tinh, thì hệ thống vành của Quaoar đã phá vỡ nhận thức của chúng ta về vị trí quỹ đạo của vành đai. Điều này nhắc nhở chúng ta rằng, hiểu biết về hệ Mặt Trời còn rất hạn chế.

Vành đai Kuiper vốn đã đầy những hiện tượng kỳ lạ, những góc xa xôi của hệ Mặt Trời còn nhiều bí ẩn hơn thế. Mỗi khám phá mới đều có thể lật đổ hoặc chỉnh sửa các lý thuyết đã có.

Các nhà khoa học hy vọng quan sát này sẽ thúc đẩy nhiều nghiên cứu hơn về cách hình thành và duy trì hệ thống vành đai. Từ những vòng tròn rực rỡ của Sao Thổ, người ta đã bắt đầu quan tâm sâu sắc đến hệ thống vành đai. Giờ đây, sự xuất hiện của Quaoar như một “dị dạng” có thể mở ra cho chúng ta những góc nhìn mới trong suy nghĩ.