Proxima Centauri b: hành tinh hàng xóm gần nhất có ở được không

Proxima Centauri b là hành tinh gần Trái Đất nhất ngoài hệ Mặt Trời, cách ta khoảng 4,24 năm ánh sáng, công bố năm 2016. Nó có khối lượng tối thiểu khoảng 1,07 lần Trái Đất và nằm trong vùng có thể sống của sao mẹ. Nhưng có ở được hay không thì chưa ai biết: ta chưa đo được khí quyển của nó, và ngôi sao Proxima Centauri thường xuyên bùng lửa, có thể đã thổi bay khí quyển hành tinh từ lâu.

Ngôi sao gần nhất sau Mặt Trời

Proxima Centauri là một sao lùn đỏ (loại M5.5), khối lượng khoảng 12% Mặt Trời, bán kính khoảng 15%. Nó mờ đến mức dù gần nhất, mắt thường không thấy được; phải có kính thiên văn. Proxima nằm trong hệ ba sao Alpha Centauri: cặp sao sáng Alpha Centauri A và B ở gần nhau, còn Proxima quay quanh cặp này ở khoảng cách khoảng 13.000 lần khoảng cách Trái Đất – Mặt Trời, mỗi vòng mất hàng trăm nghìn năm.

Từ Việt Nam, Alpha Centauri ở thấp gần chân trời phía nam, quan sát tốt hơn ở các tỉnh phía Nam vào những tháng đầu năm, buổi rạng sáng. Proxima thì phải dùng kính.

Phát hiện năm 2016: chiến dịch "Chấm đỏ nhạt"

Đầu năm 2016, nhóm của Guillem Anglada-Escudé tổ chức chiến dịch quan sát công khai mang tên Pale Red Dot (Chấm đỏ nhạt), gợi nhớ tấm ảnh "Chấm xanh nhạt" chụp Trái Đất từ tàu Voyager 1. Họ dùng máy quang phổ HARPS trên kính 3,6 mét ở La Silla, Chile, đo những dao động rất nhỏ trong vận tốc của ngôi sao: hành tinh kéo sao lắc qua lắc lại, làm ánh sáng sao lệch Doppler đều đặn.

Ngày 25/8/2016, kết quả đăng trên Nature: một hành tinh quay quanh Proxima mỗi khoảng 11,2 ngày. Năm 2020, máy quang phổ ESPRESSO trên kính VLT đo chính xác hơn, khẳng định hành tinh và cho khối lượng tối thiểu khoảng 1,07 lần Trái Đất.

Vì sao chưa đo được khí quyển

Phương pháp đọc khí quyển phổ biến nhất là quang phổ truyền qua, cần hành tinh đi ngang qua mặt sao. Proxima b không làm vậy nhìn từ Trái Đất, các lần tìm kiếm đã không thấy hành tinh đi qua. Vì thế ta chỉ biết khối lượng tối thiểu (khối lượng thật phụ thuộc góc nghiêng quỹ đạo mà ta không biết), không biết bán kính, không biết mật độ, càng không biết khí quyển.

Còn hai đường khác. Một là đo nhiệt toả ra từ hành tinh theo từng pha quỹ đạo, xem mặt ngày và mặt đêm chênh nhau bao nhiêu, điều này gợi ý có hay không khí quyển chuyển nhiệt. Hai là chụp ảnh trực tiếp: hành tinh cách sao rất gần trên bầu trời, cần kính cực lớn. Kính ELT đường kính 39 mét của ESO đang xây ở Chile được kỳ vọng có thể làm việc này sau khi đi vào hoạt động.

Những điều làm Proxima b kém "dễ chịu"

Lửa sao

Proxima Centauri là sao bùng lửa (flare star). Tháng 3/2016, mạng kính Evryscope ghi nhận một đợt bùng sáng cực mạnh khiến ngôi sao sáng lên khoảng 68 lần trong chốc lát, tới mức có lẽ nhìn thấy được bằng mắt thường nếu ở bầu trời tối. Năm 2019, nhiều kính trên mặt đất và ngoài không gian cùng ghi nhận một đợt bùng lửa ngắn mà tia cực tím tăng vọt hàng nghìn lần. Các đợt như vậy có thể bóc dần khí quyển và tầng ozone, nếu có, của hành tinh.

Tia X và cực tím

Vì quá gần sao, Proxima b nhận lượng tia X và cực tím xa cao hơn Trái Đất nhiều lần, dù tổng ánh sáng nhận được lại thấp hơn. Bức xạ năng lượng cao này làm nóng và giãn tầng trên khí quyển, đẩy nhanh quá trình thoát khí ra vũ trụ.

Tuổi trẻ sáng chói của sao

Sao lùn đỏ mất hàng trăm triệu năm để co lại và ổn định. Trong thời gian đó nó sáng hơn hiện nay đáng kể. Hành tinh hiện ở vùng có thể sống có thể đã trải qua giai đoạn quá nóng, mất nhiều nước từ sớm.

Khoá thuỷ triều

Ở khoảng cách đó, Proxima b có nhiều khả năng một mặt luôn hướng về sao, hoặc rơi vào trạng thái quay khác thường như sao Thuỷ (3 vòng tự quay cho 2 vòng quỹ đạo). Các mô hình cho thấy nếu có khí quyển và nước, có thể tồn tại vùng nước lỏng ở mặt ngày hoặc dải quanh ranh giới ngày – đêm.

Nếu Proxima b có khí quyển, nó có thể trông thế nào

Phần này là kết quả mô phỏng, không phải quan sát. Các nhóm dựng mô hình khí hậu ba chiều cho Proxima b với nhiều giả định khác nhau: khí quyển giống Trái Đất, khí quyển giàu CO₂, có hoặc không có đại dương. Với hành tinh bị khoá thuỷ triều có nước, kết quả hay gặp là một vùng "mắt" nước lỏng ở điểm ngay dưới ngôi sao, xung quanh là băng; một số mô hình cho đại dương lỏng rộng hơn nếu dòng hải lưu chở nhiệt tốt. Khi không có khí quyển, mặt ngày nóng, mặt đêm lạnh sâu như bề mặt Mặt Trăng. Những khác biệt này là thứ kính đời sau có thể kiểm tra bằng cách đo nhiệt theo pha quỹ đạo.

Hai hàng xóm khác của Proxima

• Proxima d (2022): phát hiện bằng ESPRESSO, khối lượng tối thiểu chỉ khoảng một phần tư Trái Đất, quay mỗi khoảng 5,1 ngày, gần sao hơn b và nằm ngoài vùng có thể sống phía trong.
• Proxima c (ứng viên, 2020): một tín hiệu gợi ý hành tinh lớn hơn ở xa, chu kỳ khoảng 5 năm. Các phân tích sau đặt dấu hỏi, nên nó vẫn ở dạng ứng viên.

Có tới được không

Với tàu nhanh nhất từng rời hệ Mặt Trời, chuyến đi tới Proxima mất hàng chục nghìn năm. Năm 2016, dự án Breakthrough Starshot được công bố với ý tưởng dùng tia laser cực mạnh từ mặt đất đẩy những cánh buồm ánh sáng mang chip nặng cỡ gram, đạt khoảng 20% tốc độ ánh sáng, tới nơi trong khoảng 20 năm. Đây là ý tưởng nghiên cứu, còn rất nhiều bài toán kỹ thuật chưa có lời giải, chưa có lịch phóng.

Góc nhìn hôm nay

Proxima b có ý nghĩa đặc biệt: nếu một ngày nhân loại gửi được tàu thăm dò tới hành tinh ngoài hệ Mặt Trời, nhiều khả năng đó là nơi đầu tiên. Nhưng hiện tại, câu hỏi "có ở được không" vẫn để ngỏ, và nhiều nhà nghiên cứu nghiêng về khả năng khí quyển đã bị lửa sao bào mòn. Thông tin cập nhật nên xem ở trang ESO (eso.org) vì phần lớn khám phá về Proxima đến từ các kính của ESO, và NASA Exoplanet Archive cho số liệu từng hành tinh.