Các nhà khoa học dự đoán thế nào về hành tinh thứ chín chưa từng được nhìn thấy?

Một số thiên thể băng giá rất xa trong Vành đai Kuiper không chuyển động theo những hướng hoàn toàn rời rạc: quỹ đạo của chúng có xu hướng tụ thành nhóm theo một số đặc điểm. Năm 2016, Konstantin Batygin và Mike Brown tại Viện Công nghệ California đề xuất rằng lực hấp dẫn của một hành tinh lớn chưa được biết đến có thể tạo ra trật tự khác thường ấy. Họ gọi thiên thể giả định là Planet Nine, tức Hành tinh thứ chín. Đây là câu trả lời ngắn cho việc một hành tinh chưa từng được nhìn thấy vẫn có thể được dự đoán: nhà thiên văn tìm dấu vết hấp dẫn mà nó có thể để lại trên các vật thể khác. [1]

Tuy nhiên, dự đoán không phải phát hiện. Batygin và Brown không quan sát trực tiếp hành tinh, còn cộng đồng khoa học vẫn tranh luận liệu nó có tồn tại hay không. Những quỹ đạo đáng chú ý là bằng chứng gián tiếp cần được giải thích, chứ chưa phải hình ảnh hay phép đo xác nhận một thế giới mới. Vì vậy, câu chuyện về Planet Nine vừa cho thấy sức mạnh của suy luận khoa học, vừa cho thấy ranh giới giữa một giả thuyết hấp dẫn và một hành tinh đã được công nhận. [1]

Quỹ đạo có thể tiết lộ một vật thể vô hình ra sao?

Mọi vật thể có khối lượng đều có thể ảnh hưởng bằng hấp dẫn đến chuyển động của vật thể khác. Nếu một thiên thể lớn nằm quá xa hoặc quá mờ để kính thiên văn nhận ra, nó vẫn có thể làm thay đổi quỹ đạo của những thiên thể nhỏ hơn. Nhà nghiên cứu vì thế không nhất thiết phải bắt đầu bằng một chấm sáng. Họ có thể bắt đầu bằng câu hỏi: kiểu sắp xếp quỹ đạo nào cần một tác nhân chung để giải thích? Trong trường hợp Planet Nine, dấu hiệu được chú ý là sự tụ nhóm về hướng của một số quỹ đạo dài trong Vành đai Kuiper. [1]

Có thể hình dung một ví dụ đơn giản: nhìn thấy nhiều chiếc lá trên mặt nước cùng lệch hướng chưa cho biết chắc nguyên nhân, nhưng khiến ta tìm một dòng chảy chung thay vì giải thích riêng từng chiếc. Với các quỹ đạo, phép suy luận phức tạp hơn nhiều vì mỗi thiên thể chịu nhiều ảnh hưởng và được quan sát trong thời gian hữu hạn. Sự tụ nhóm chỉ trở thành gợi ý về hành tinh khi mô hình hấp dẫn của một vật thể lớn có thể tái hiện nhiều đặc điểm liên quan, không chỉ một quỹ đạo riêng lẻ. [1]

Planet Nine được dự đoán có hình dạng quỹ đạo nào?

Theo giả thuyết công bố năm 2016, Planet Nine có thể là một thế giới cỡ Hải Vương tinh với khối lượng khoảng 5 đến 10 lần Trái Đất. Nó được dự đoán chuyển động trên một quỹ đạo rất dẹt, nằm xa bên ngoài quỹ đạo của Sao Diêm Vương. Khoảng cách trung bình đến Mặt Trời có thể lớn gấp 20 đến 30 lần khoảng cách trung bình của Hải Vương tinh. Một vòng quay quanh Mặt Trời vì thế được ước tính kéo dài khoảng 10.000 đến 20.000 năm Trái Đất. [1]

Quỹ đạo dài và dẹt giúp giải thích vì sao việc tìm kiếm khó khăn. Hành tinh giả định không chỉ ở rất xa mà khoảng cách của nó với Mặt Trời còn thay đổi mạnh trong một vòng quỹ đạo. Dự đoán hấp dẫn có thể giới hạn những kiểu quỹ đạo phù hợp, nhưng không tự động cho biết một vị trí duy nhất để hướng kính thiên văn đến. Kích thước, khối lượng và chu kỳ nêu trên vì vậy là các thuộc tính của mô hình giả thuyết, không phải thông số đã đo trực tiếp từ một hành tinh. [1]

Một hành tinh có thể giải thích những dấu vết nào?

Planet Nine được đề xuất không chỉ để giải thích việc một số quỹ đạo tụ theo hướng. Nó còn có thể liên quan đến độ nghiêng trung bình của các vật thể chu kỳ dài trong Vành đai Kuiper so với mặt phẳng quỹ đạo chính của các hành tinh, cũng như sự hiện diện của một nhóm thiên thể ngoài Hải Vương tinh có độ nghiêng rất lớn. Một số vật thể ở xa còn chuyển động ngược chiều hoặc có quỹ đạo cắt qua quỹ đạo Hải Vương tinh mà vẫn tồn tại lâu dài. Một tác nhân hấp dẫn chung có khả năng nối các hiện tượng ấy thành một lời giải thống nhất. [1]

Đó là điểm khiến giả thuyết đáng để kiểm tra: một hành tinh duy nhất có thể giải thích nhiều nét khác thường vốn có vẻ tách biệt. Nhưng khả năng giải thích rộng không làm cho mô hình tự động đúng. Các quỹ đạo quan sát được cũng có thể chịu ảnh hưởng của cách khảo sát bầu trời và số lượng vật thể đã biết. Nếu những thiên thể mới không tiếp tục biểu hiện cùng kiểu sắp xếp, nền tảng của giả thuyết sẽ yếu đi. NASA cũng nêu khả năng sự phân bố khác thường chỉ là ngẫu nhiên và Planet Nine không tồn tại. [1]

Planet Nine có phải Planet X của Percival Lowell?

Hai tên đôi khi được dùng lẫn nhau, nhưng chúng không bắt đầu từ cùng một giả thuyết. Planet Nine chỉ là dự đoán cụ thể do Batygin và Brown đưa ra năm 2016. Planet X là tên đã xuất hiện hơn một thế kỷ trước, gắn với giả thuyết của Percival Lowell năm 1915 về một vật thể gây nhiễu quỹ đạo Thiên Vương tinh. Chữ X trong tên đó là chữ cái, mang ý nghĩa một đại lượng chưa biết, không phải số La Mã 10. [1]

Các nhà thiên văn về sau xác định nhiễu động mà Lowell muốn giải thích thực ra bắt nguồn từ sai số đo. Cuộc tìm kiếm do ông khởi xướng dù vậy đã gián tiếp dẫn tới việc phát hiện Sao Diêm Vương năm 1930. Sao Diêm Vương từng được xem là hành tinh lớn thứ chín, rồi được phân loại lại thành hành tinh lùn khi định nghĩa về hành tinh thay đổi. Tên Planet Nine ra đời trong bối cảnh ấy, nhưng không phải sự hồi sinh nguyên vẹn của Planet X: hai dự đoán dựa trên các dấu hiệu quỹ đạo khác nhau. [1]

Điều gì sẽ biến dự đoán thành phát hiện?

Bước quyết định vẫn là tìm thấy chính thiên thể, theo dõi chuyển động của nó và xác định quỹ đạo. Các kính Keck và Subaru tại Hawaii đã tham gia tìm kiếm. Dự án khoa học cộng đồng Backyard Worlds: Planet 9 cũng cho phép người tham gia rà soát ảnh hồng ngoại từ sứ mệnh WISE của NASA. Một hướng khác là phát hiện thêm vật thể trong Vành đai Kuiper: mẫu quỹ đạo lớn hơn có thể củng cố xu hướng sắp hàng, bác bỏ nó hoặc giúp thu hẹp vùng trời cần quan sát. [1]

Ngay cả tên Planet Nine cũng mới là biệt danh. Nếu một hành tinh phù hợp với dự đoán được tìm thấy, quyền đề xuất tên chính thức thuộc về người thực sự phát hiện, còn tên đó phải được Liên đoàn Thiên văn Quốc tế phê chuẩn. Chi tiết này nhấn mạnh đúng trạng thái của câu chuyện: hiện có một đối tượng được mô hình hóa khá cụ thể, nhưng chưa có thiên thể đã xác nhận để đặt tên. Bí ẩn không nằm ở một hành tinh đang cố che giấu mình, mà ở việc các dấu vết hấp dẫn có thật sự cùng chỉ về một nguyên nhân hay không. [1]