'Vị khách' làm thay đổi quỹ đạo của 4 hành tinh trong hệ Mặt trời

Một vật thể có khối lượng gấp tám lần sao Mộc có thể đã lao xuống Mặt trời, tiến sát quỹ đạo hiện tại của sao Hỏa, đẩy bốn hành tinh trong hệ Mặt trời vào những quỹ đạo khác biệt.

Một vật thể có khối lượng gấp tám lần sao Mộc có thể đã lao xuống Mặt trời - Ảnh: NASA/JPL

Những phát hiện này có thể giúp giải thích vì sao các quỹ đạo của những hành tinh này lại có một số đặc điểm kỳ lạ, theo một nghiên cứu mới về hệ Mặt trời.

Quỹ đạo của các hành tinh trong hệ Mặt trời

Trong nhiều thập kỷ, các nhà thiên văn học đã tranh luận về cách các hành tinh trong hệ Mặt trời hình thành. Hầu hết các giả thuyết đều đồng ý về loại quỹ đạo mà các hành tinh nên có - những đường tròn đồng tâm bao quanh Mặt trời và nằm trên cùng một mặt phẳng.

Tuy nhiên, không có hành tinh nào trong số tám hành tinh, bao gồm cả Trái đất, có quỹ đạo hoàn toàn tròn. Hơn nữa, quỹ đạo của các hành tinh cũng không nằm chính xác trên cùng một mặt phẳng.

So với sao Thủy - có quỹ đạo hình elip và nghiêng nhiều nhất trong hệ hành tinh của chúng ta - quỹ đạo của bốn hành tinh khổng lồ gồm sao Mộc, sao Thổ, sao Thiên Vương và sao Hải Vương chỉ có những sai lệch nhỏ so với quỹ đạo lý tưởng.

Tuy vậy, việc giải thích những sai lệch nhỏ này vẫn là một thách thức, theo Renu Malhotra, nhà khoa học hành tinh tại Đại học Arizona ở Tucson và là đồng tác giả của nghiên cứu mới.

"Bí ẩn đối với ngành vật lý thiên văn lý thuyết từ lâu là làm thế nào quỹ đạo các hành tinh trở nên hơi méo mó và nghiêng khỏi mặt phẳng trung bình của chúng, nhưng không quá nhiều cũng không quá ít", bà viết trong một email gửi tới Live Science.

Các nghiên cứu trước đây tập trung vào cách các tương tác giữa các hành tinh đã thay đổi quỹ đạo của chúng, nhưng Malhotra cho biết những giả thuyết này không phù hợp với một số chi tiết quan trọng trong quỹ đạo quan sát được.

Để giải quyết bí ẩn này, bà và các đồng nghiệp đã xem xét một kịch bản ít được nghiên cứu hơn. Đó là có một vật thể với kích thước ngang một ngôi sao đã từng ghé thăm hệ Mặt trời và điều chỉnh quỹ đạo của các hành tinh này khoảng 4 tỉ năm trước.

Sử dụng các mô hình máy tính, nhóm nghiên cứu đã thực hiện 50.000 mô phỏng về các lần tiếp cận này, mỗi lần kéo dài 20 triệu năm, đồng thời điều chỉnh một số thông số của vật thể viếng thăm, bao gồm khối lượng, tốc độ và khoảng cách tối thiểu mà nó đến gần Mặt trời.

Nhóm cũng mở rộng phạm vi tìm kiếm so với các nghiên cứu trước đó, bằng cách xem xét những vật thể nhỏ hơn nhiều so với các ngôi sao - nhỏ đến mức chỉ ngang với sao Mộc.

Họ tập trung vào các tình huống tiếp cận cực gần, cụ thể là khi vật thể đến trong phạm vi 20 đơn vị thiên văn (AU) từ Mặt trời. Một AU tương đương khoảng 150 triệu km, gần bằng khoảng cách trung bình từ Trái đất đến Mặt trời.

Những "chuyến ghé thăm" thường xuyên

Mặc dù hầu hết các mô phỏng tạo ra điều kiện rất khác so với hệ Mặt trời hiện tại, nhưng nhóm nghiên cứu phát hiện trong khoảng 1% các mô phỏng, sự xuất hiện của vật thể này đã thay đổi quỹ đạo của các hành tinh khổng lồ, sao cho chúng gần giống với trạng thái hiện tại.

Những "kẻ xâm nhập" trong các mô phỏng gần đúng này đã lao thẳng vào hệ Mặt trời, đi qua quỹ đạo của sao Thiên Vương, thậm chí có một số còn sượt qua quỹ đạo của sao Thủy. Chúng có kích thước tương đối nhỏ, dao động từ hai đến 50 lần khối lượng của sao Mộc.

"Phạm vi này bao gồm cả các vật thể có khối lượng hành tinh cho đến khối lượng của sao lùn nâu", Malhotra nói. Sao lùn nâu, thường được gọi là "những ngôi sao thất bại", là các thiên thể có khối lượng lớn hơn hành tinh nhưng không đủ lớn để trở thành một ngôi sao thực thụ.

Nhóm nghiên cứu cũng thực hiện thêm 10.000 mô phỏng khác, lần này bao gồm cả các hành tinh đất đá. Trong các trường hợp này, những lần tiếp cận đã từng thay đổi quỹ đạo của các hành tinh khổng lồ vẫn tạo ra một hệ Mặt trời có hình dạng gần giống hiện tại.

Mô phỏng có kết quả thực tế nhất liên quan đến một vật thể có khối lượng gấp tám lần sao Mộc, lao vào hệ Mặt trời và đến gần Mặt trời nhất ở khoảng cách 1,69 AU. Khoảng cách này chỉ hơi xa hơn quỹ đạo hiện tại của sao Hỏa, vốn cách Mặt trời 1,5 AU.

Các mô phỏng cho thấy, chỉ cần một lần tiếp cận của một vật thể nhỏ hơn ngôi sao là đủ để thay đổi quỹ đạo của các hành tinh khổng lồ. Vì các quan sát cho thấy những vật thể này khá phổ biến trong vũ trụ, nên những chuyến ghé thăm như vậy có thể xảy ra thường xuyên.