HÀNH TINH QUÁ KHỔ CỦA SAO BOYAJIAN CÓ THỂ ĐANG ĐEO MỘT VÀNH ĐAI

Trong hai ngày 3–4 tháng 9 năm 2019, vệ tinh TESS quan sát thấy một ngôi sao tên là KIC 8462852 mất khoảng 1,1% ánh sáng trong chừng 21 giờ, rồi sáng trở lại. Lần sụt sáng này trơn tru và đối xứng: đúng như những gì một vật thể rắn, gần tròn tạo ra khi đi ngang qua trước ngôi sao của nó. Với ngôi sao này, đó là một thay đổi đáng chú ý.

Một lần sụt sáng gọn gàng trên một ngôi sao bất ổn

Được biết đến nhiều hơn với tên sao Boyajian hay sao Tabby (Tabby’s star), KIC 8462852 về các mặt khác thì bình thường. Thế nhưng trong bốn năm sứ mệnh Kepler theo dõi nó, ánh sáng của nó sụt giảm đột ngột và thất thường, tới mức 15% và 22% — sâu hơn nhiều so với mức bất kỳ hành tinh nào có thể gây ra. Các lần sụt sáng mạnh hơn ở ánh sáng xanh hơn, dấu hiệu của các hạt bụi chứ không phải một vật thể rắn. Các thủ phạm được đưa ra trải từ sao chổi đang tan rã đến một hành tinh bị nuốt chửng, thậm chí cả những “siêu cấu trúc” phi tự nhiên; chưa giả thuyết nào được chấp nhận rộng rãi. Các mô hình hàng đầu cần một vật thể đồng hành khối lượng lớn chưa nhìn thấy, mà lực hấp dẫn của nó đẩy các vật thể sinh bụi vào những quỹ đạo sượt qua ngôi sao.

Một nghiên cứu gần đây của Madurga-Favieres và cộng sự đã kết hợp lần quá cảnh gọn gàng này với dữ liệu vận tốc xuyên tâm lưu trữ: chuyển động tới lui rất nhỏ mà một vật thể đồng hành gây ra cho ngôi sao của nó. Họ tìm thấy một vật thể đồng hành nặng 9,4 lần Sao Mộc (đâu đó trong khoảng từ 5 đến 14), bán kính 1,7 ± 0,1 lần bán kính Sao Mộc, và chu kỳ quỹ đạo ít nhất khoảng 1.030 ngày. Nếu được xác nhận, đó có thể là vật thể được tìm kiếm bấy lâu nay, thứ đẩy các sao chổi của ngôi sao.

Quá rộng so với khối lượng

Wei Zhu và Quanyi Liu, các nhà thiên văn tại Đại học Thanh Hoa ở Bắc Kinh, chỉ ra một vấn đề trong những con số đó. Một hành tinh khí khổng lồ nặng hơn Sao Mộc được chống đỡ chủ yếu bởi các electron bị nén chặt, vốn cưỡng lại sự nén; khi hành tinh nguội, thêm khối lượng hầu như không làm thay đổi bán kính. Các mô hình và quan hệ khối lượng–bán kính đo được của các hành tinh khổng lồ lạnh đều thống nhất: 1,0 đến 1,1 lần bán kính Sao Mộc với khối lượng từ khoảng 2 đến 12 lần Sao Mộc.

Những cách thông thường để làm một hành tinh phồng lên đều không áp dụng được ở đây. Ánh sáng sao mạnh làm phồng các “Sao Mộc nóng” trên quỹ đạo sát sao, nhưng nhiệt độ ước tính của vật thể đồng hành này chỉ khoảng 270 kelvin, tức chừng −3 °C. Ở tuổi khoảng 1,2 tỷ năm, ngôi sao cũng đã quá già để nhiệt còn sót lại từ quá trình hình thành hành tinh có thể giúp ích. Do đó, bán kính 1,7 là quá lớn 60–70%.

Biểu đồ log-log bán kính hành tinh theo khối lượng, với một ô vuông đỏ biểu thị Boyajian’s star b nằm cao hẳn trên các đường cong. Các hành tinh quá cảnh đã biết theo khối lượng và bán kính: vật thể đồng hành của sao Boyajian (ô vuông đỏ) nằm cao hơn nhiều so với kích thước dự kiến cho một hành tinh khổng lồ lạnh (đường cong đen và dải màu cam). — Hình 1, Zhu & Liu (2026), arXiv:2610.34806.

Giấu một phần cái bóng trong một vành đai

Đề xuất này mang tính hình học: một vành đai không trong suốt quanh một hành tinh nhỏ hơn sẽ che thêm ánh sáng sao, và nhìn từ xa, cặp đôi này trông như một hành tinh quá khổ duy nhất. Một hành tinh khổng lồ có vành đai từng được đề xuất cho ngôi sao này vào năm 2018, nhưng chỉ dưới dạng phác thảo, không khớp bất kỳ thông số vành đai nào.

Hai nhà thiên văn đã phân tích lại dữ liệu TESS, được lấy mẫu mỗi 2 phút. Một quả cầu trơn vẫn khớp, nhưng cần khoảng 1,74 lần bán kính Sao Mộc và để lại một độ lệch mờ nhạt, có cấu trúc gần đáy lần sụt sáng. Sau đó họ mở rộng mã quá cảnh của mình, JoJo, cho một hành tinh có vành đai phẳng nhìn từ bất kỳ góc nào. Họ cố định hành tinh ở kích thước dự kiến theo khối lượng, 1,1 lần bán kính Sao Mộc, và cho vành đai hoàn toàn không trong suốt. Mép ngoài của nó phải nằm trong giới hạn Roche (Roche limit), khoảng cách mà bên trong đó lực thủy triều của hành tinh ngăn vật chất lỏng lẻo kết tụ thành một vệ tinh; ở xa hơn, một vành đai sẽ không tồn tại lâu. Một vành đai vươn xa quá khoảng 5 lần bán kính hành tinh được đánh giá là rất khó xảy ra.

Một vành đai dựng đứng và một hành tinh nằm nghiêng

Các lời giải có vành đai tốt nhất đánh đổi phần lớn kích thước biểu kiến của hành tinh lấy một vành đai rộng và dẹt:

mép ngoài ở 3,1 đến 4,4 lần bán kính hành tinh, gần chạm giới hạn Roche;
được nhìn gần như từ cạnh, nghiêng 78–84° so với khi nhìn chính diện;
đứng gần như vuông góc với đường đi của hành tinh ngang qua ngôi sao.

Vì ta nhìn quỹ đạo gần như từ mép (hành tinh đi qua phía trước ngôi sao của nó), một vành đai như vậy nghiêng khoảng 80° so với quỹ đạo. Nếu nó bao quanh xích đạo của hành tinh, như vành đai của Sao Thổ, siêu Sao Mộc này quay nằm nghiêng, giống Sao Thiên Vương. Nếu có thật, một vành mảnh vụn ở gần như vậy nhiều khả năng được tiếp tế bởi các sao chổi vỡ vụn hoặc các vệ tinh nhỏ — có lẽ chính là quần thể bị quy trách nhiệm cho những lần tối đi trước kia của ngôi sao.

Sơ đồ một hành tinh sẫm màu với vành đai hẹp dựng đứng đi ngang qua một ngôi sao, phía trên một đường cong ánh sáng với hai mô hình khớp và phần dư của chúng. Hành tinh có vành đai tốt nhất khi đi vào, băng qua và rời khỏi ngôi sao (trên), lần sụt sáng TESS với mô hình vành đai màu đỏ và mô hình quả cầu trơn màu xanh lam (giữa), và phần mà quả cầu không giải thích được (dưới). — Hình 2, Zhu & Liu (2026), arXiv:2610.34806.

Gần như hòa, phân xử bằng vật lý

Về mặt thống kê, cuộc so tài rất sát sao. Vành đai cải thiện một điểm sai lệch tiêu chuẩn (χ²) khoảng 14, nhưng dùng thêm hai tham số điều chỉnh. Khi áp dụng một tiêu chí phạt các tham số thừa (BIC), lợi thế của nó thu hẹp còn 0,4 đến 1,3 điểm: gần như hòa.

Hướng của vành đai chủ yếu dựa vào một lần sáng lên nhẹ khoảng 0,25 ngày sau giữa lần quá cảnh, điều mà một vành đai nghiêng dốc tạo ra khi bắt đầu rời khỏi ngôi sao sớm. Nhưng việc hành tinh đi qua một vết tối trên ngôi sao cũng có thể gây ra chỗ nhô tương tự: khi che một mảng tối, nó che ít ánh sáng hơn. Các tác giả thừa nhận rằng nếu bỏ qua chỗ nhô này, sự ưu tiên sẽ đảo ngược.

Điều còn đứng vững là một lập luận đơn giản. Để che nhiều ánh sáng như quan sát được, vành đai phải vươn tới ít nhất 1,6 lần bán kính hành tinh — một mức tối thiểu giả định vành đai được nhìn chính diện hoàn toàn và chạm vào hành tinh. Nếu nghiêng như vành đai Sao Thổ, nó cần ít nhất khoảng 2,4 — đã sát giới hạn Roche, nằm trong khoảng từ 2,5 đến 5 lần bán kính hành tinh tùy theo mật độ các hạt của vành đai so với hành tinh. Dù thế nào, nếu một vành đai giải thích được bán kính, đó phải là một vành đai rộng.

Hai bức tranh khác nhau nhiều nhất khi hành tinh đi vào và rời khỏi đĩa sao, ở mức vài phần 10.000 ánh sáng của nó, trong tầm với của các kính thiên văn không gian hiện có. Hiện tại, mọi thứ đều dựa trên một lần quá cảnh duy nhất, trong dữ liệu mà chính các tác giả mô tả là có chất lượng tương đối kém.