Tín hiệu vô tuyến từ Beta Pictoris b có thể hé lộ cực quang ngoài Hệ Mặt Trời

Một tín hiệu vô tuyến được định vị tại Beta Pictoris b đang gây chú ý vì có những đặc điểm phù hợp với phát xạ cực quang. Nếu cách giải thích này đứng vững, đây có thể là bằng chứng rõ ràng đầu tiên về cực quang trên một hành tinh ngoài Hệ Mặt Trời, đồng thời mở ra cách thăm dò trực tiếp từ trường của thế giới xa xôi ấy. Tuy nhiên, vào thời điểm Science News đưa tin, công trình mới được gửi lên arXiv và chưa qua bình duyệt. [1]

Vì sao tín hiệu được liên hệ với cực quang?

Sóng vô tuyến không nhất thiết đến từ một máy phát nhân tạo. Các hạt mang điện chuyển động trong từ trường cũng có thể tạo ra loại bức xạ này. Tín hiệu tại Beta Pictoris b có tính phân cực tròn, nghĩa là hướng dao động của trường điện từ quay khi sóng truyền đi. Đây cũng là một đặc điểm có thể xuất hiện trong phát xạ vô tuyến gắn với cực quang. [1]

Có thể hình dung hướng dao động ấy như đầu một chiếc kim quay quanh trục đang tiến về phía trước. Đây chỉ là cách mô tả hình học, không phải một đường xoắn hữu hình mà kính thiên văn có thể chụp lại. Phân cực tròn vì thế là đầu mối về cơ chế phát xạ, chứ tự nó chưa đủ để chứng minh Beta Pictoris b có cực quang. [1]

Làm sao xác định sóng đến từ hành tinh?

Beta Pictoris b là một hành tinh khí khổng lồ quay quanh một ngôi sao trẻ, cách Trái Đất khoảng 63 năm ánh sáng. Ở khoảng cách ấy, chỉ phát hiện sóng vô tuyến trong đúng vùng trời là chưa đủ để nhận diện nguồn. Ngôi sao chủ cũng có thể phát xạ, còn hành tinh hiện ra rất gần ngôi sao khi quan sát từ Trái Đất. Tách được hai nguồn là trở ngại lớn trong quá trình tìm sóng vô tuyến từ ngoại hành tinh. [1]

Nhóm nghiên cứu dùng kính thiên văn vô tuyến MeerKAT tại Nam Phi và cho biết tín hiệu có thể được truy về Beta Pictoris b thay vì ngôi sao chủ. Vị trí này là mắt xích quan trọng: chỉ khi nguồn phát thực sự nằm tại hành tinh, tính phân cực và những đặc điểm khác của sóng mới có thể được dùng để khảo sát môi trường từ tính quanh nó. Nói cách khác, xác định đúng nơi phát sóng quan trọng không kém việc thu được tín hiệu. [1]

Cực quang có thể phát sóng vô tuyến như thế nào?

Cực quang hình thành khi các hạt mang điện chuyển động trong từ trường hành tinh và kích thích những phân tử trong khí quyển, khiến chúng phát sáng. Hiện tượng này xảy ra trên Trái Đất, Sao Mộc, Sao Thổ và Sao Hỏa. Ánh sáng chỉ là một biểu hiện của quá trình: khi các hạt chuyển động quanh đường sức từ, chúng còn có thể phát ra sóng vô tuyến. [1]

Vì thế, các nhà thiên văn không nhất thiết phải nhìn thấy một dải sáng trên Beta Pictoris b mới có thể tìm dấu hiệu cực quang. Họ khảo sát gián tiếp qua vị trí nguồn phát và trạng thái phân cực của sóng. Lập luận này gồm nhiều bước: tín hiệu phải đến từ hành tinh, đặc điểm đo được phải phù hợp với phát xạ cực quang và các quan sát tiếp theo phải tiếp tục khớp với cơ chế đó. [1]

Có thể hình dung bằng một ví dụ đời thường: đứng ngoài phòng, ta không nhìn thấy chiếc quạt nhưng vẫn có thể nhận ra chuyển động tuần hoàn qua âm thanh thay đổi đều đặn. Sóng vô tuyến không phải âm thanh và hành tinh không hoạt động như chiếc quạt; điểm chung chỉ là một quá trình khó nhìn trực tiếp vẫn có thể để lại dấu hiệu đo được.

Tín hiệu nói gì về từ trường của Beta Pictoris b?

Phát xạ cực quang phụ thuộc vào từ trường chi phối chuyển động của các hạt mang điện. Từ phép đo vô tuyến, nhóm nghiên cứu ước tính từ trường của Beta Pictoris b mạnh hơn 1.000 gauss. Để đối chiếu, từ trường Trái Đất vào khoảng nửa gauss. Nếu cách diễn giải tín hiệu là đúng, hành tinh này có môi trường từ tính mạnh hơn nhiều so với các hành tinh trong Hệ Mặt Trời. [1]

Sự chênh lệch đó không có nghĩa Beta Pictoris b chỉ là một phiên bản phóng lớn của Trái Đất. Hành tinh khí này có khối lượng khoảng 10 lần Sao Mộc và gần với nhóm sao lùn nâu về quy mô. Sao lùn nâu là những thiên thể lớn hơn hành tinh nhưng chưa đủ lớn để trở thành sao. Cực quang từng được quan sát trên chúng, cho thấy từ trường có thể đạt hàng nghìn gauss. [1]

Điểm đáng chú ý không chỉ là con số hơn 1.000 gauss, mà là khả năng đo một thuộc tính vốn rất khó tiếp cận ở ngoại hành tinh. Ánh sáng của ngôi sao chủ thường lấn át hành tinh ở gần nó trên bầu trời. Phát xạ vô tuyến cực quang, nếu được xác nhận, có thể trở thành dấu hiệu từ xa của từ trường ngay cả khi vùng phát sáng không được quan sát trực tiếp. [1]

Điều gì có thể củng cố giả thuyết cực quang?

Một phép kiểm tra quan trọng là theo dõi xem tín hiệu có biến thiên theo nhịp tự quay của hành tinh hay không. Beta Pictoris b được cho là hoàn thành một vòng quay trong khoảng tám giờ. Nếu vùng phát xạ cực quang lần lượt hướng về Trái Đất rồi khuất khỏi hướng nhìn, sóng vô tuyến có thể mạnh yếu hoặc xuất hiện thành những xung lặp lại theo nhịp tương ứng. [1]

Nhịp lặp như vậy sẽ liên kết vị trí nguồn phát, chuyển động tự quay và vùng cực quang trong cùng một cách giải thích. Hiện tại, việc tín hiệu được định vị tại hành tinh và có phân cực tròn khiến giả thuyết này trở nên đáng chú ý, nhưng sự biến thiên dự kiến vẫn cần được quan sát. Beta Pictoris b vì thế cho thấy sóng vô tuyến có thể bổ sung một cách nhìn mới về những hành tinh không chỉ ở xa mà còn bị ánh sáng của sao chủ che lấp. [1]