BA HÀNH TINH LẼ RA ĐÃ BỊ NUỐT CHỬNG
Vào cuối đời, một ngôi sao như Mặt Trời leo lên cái mà các nhà thiên văn gọi là nhánh sao khổng lồ đỏ (red-giant branch): các lớp ngoài của nó phình ra gấp nhiều bậc độ lớn. Khi đó, lực thủy triều và sự mất khối lượng của ngôi sao lẽ ra sẽ kéo vào và nuốt chửng bất kỳ hành tinh nào quay quá gần — trong phạm vi khoảng một đơn vị thiên văn (khoảng cách Trái Đất–Mặt Trời) đối với các ngôi sao giống Mặt Trời. Các cuộc khảo sát những ngôi sao già quả thực chỉ tìm thấy rất ít hành tinh khổng lồ có quỹ đạo ngắn.
Ở đỉnh của nhánh đó, heli bắt cháy trong lõi và ngôi sao co lại. Nó ổn định ở một giai đoạn nhỏ hơn gọi là cụm đỏ (red clump), đốt cháy heli trong lõi. Vì vậy, bất kỳ hành tinh nào được thấy ở gần một ngôi sao cụm đỏ hẳn đã sống sót qua thời điểm ngôi sao của nó lớn nhất. Cho đến nay, mới chỉ có một hành tinh “bị cấm” như vậy được báo cáo.
Lắng nghe các vì sao
Khó khăn là phân biệt hai giai đoạn. Một sao khổng lồ đang trên đường đi lên và một sao khổng lồ ở cụm đỏ trông giống nhau qua ánh sáng của chúng. Nhưng chúng không dao động theo cùng một cách. Các ngôi sao dao động, và những dao động đó thăm dò mật độ lõi của chúng: đó là địa chấn học sao (asteroseismology).
Wen-Xu Lin, Sheng-Bang Qian và các đồng nghiệp tại Đại học Vân Nam và Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc đã sàng lọc theo cách này mọi ngôi sao có hành tinh đã biết, sử dụng các đường cong ánh sáng do sứ mệnh TESS ghi lại. Ba ngôi sao được xác định chắc chắn là nằm ở cụm đỏ: 24 Boo, HD 12648 và TYC 4282-605-1. Sau đó, nhóm nghiên cứu phân tích lại nhiều năm đo đạc sự chao đảo của mỗi ngôi sao, gây ra bởi lực hút của hành tinh của nó, từ ba đài quan sát.
Những quỹ đạo nằm bên trong ngôi sao xưa
Ba hành tinh:
- 24 Boo b quay quanh ngôi sao của nó trong 30,3 ngày, ở khoảng cách 0,183 đơn vị thiên văn — hành tinh gần nhất được biết quanh một sao khổng lồ cụm đỏ. Khối lượng tối thiểu của nó bằng khoảng ba phần tư khối lượng Sao Mộc.
- TYC 4282-605-1 b: 101,6 ngày, 0,489 au, khối lượng ít nhất gấp 14 lần Sao Mộc.
- HD 12648 b: 132,9 ngày, 0,516 au, khối lượng ít nhất gấp 2,5 lần Sao Mộc.
Bản thân các ngôi sao hiện rộng gấp khoảng 10 đến 12 lần Mặt Trời. Câu hỏi là chúng đã rộng đến mức nào ở đỉnh nhánh sao khổng lồ đỏ. Nhóm nghiên cứu đã tính bán kính cực đại đó bằng các mô hình tiến hóa sao, thay đổi những chi tiết còn chưa chắc chắn về đối lưu và thành phần hóa học. Quỹ đạo của 24 Boo b nằm bên dưới mọi đường cong được thử nghiệm, và quỹ đạo của TYC 4282-605-1 b cũng vậy. HD 12648 b gần ranh giới hơn: xác suất nó đã bị nuốt chửng giảm từ gần như chắc chắn xuống 43% với thiết lập đối lưu thuận lợi nhất.
Một mô hình của chính quỹ đạo — mất khối lượng, lực cản từ gió sao, thủy triều — đưa ra một quy tắc đơn giản: trong quá trình tiến hóa thông thường của một ngôi sao đơn lẻ, một hành tinh được thấy quanh một ngôi sao cụm đỏ không bao giờ nên quay ở khoảng cách gần hơn bán kính cực đại trong quá khứ của ngôi sao. 24 Boo b và TYC 4282-605-1 b làm vậy theo mọi mô hình được thử nghiệm; với HD 12648 b, điều đó tùy thuộc vào thiết lập đối lưu.
Khoảng cách quỹ đạo theo bán kính của ngôi sao chủ đối với các hành tinh đã được xác nhận: ba hành tinh của nghiên cứu này (hình thoi đỏ) nằm giữa các ngôi sao có kích thước cỡ sao cụm đỏ, ở gần một cách bất thường. — Hình 2d, Lin et al. (2026), arXiv:2611.04544.
Làm sao chúng có thể sống sót?
Các tác giả liệt kê những khả năng, nói rõ đó là ý tưởng chứ không phải các cơ chế mà họ chứng minh được:
- Một quá khứ sao đôi. Nếu một ngôi sao chủ từng trao đổi khối lượng với một sao đồng hành, hoặc sáp nhập với nó, lớp vỏ ngoài của nó có thể chưa bao giờ phình to đến thế. Các dao động của 24 Boo cho thấy một độ ghép cặp (coupling) yếu bất thường đối với một ngôi sao nghèo nguyên tố nặng đến vậy, một dấu hiệu cho thấy lịch sử của nó có thể không phải là lịch sử của một ngôi sao đơn lẻ. Sản phẩm của một vụ sáp nhập cũng có thể giữ lại hoặc tái tạo một đĩa, nơi các hành tinh “thế hệ thứ hai” có thể hình thành.
- Một đĩa từ một hành tinh bị nuốt chửng. Nếu một hành tinh phía trong đã bị nuốt chửng, năng lượng mà nó trút vào ngôi sao có thể đã đẩy khí ra thành một đĩa tạm thời, đĩa này sau đó có thể đã kéo một hành tinh sống sót ở phía ngoài vào trong khi ngôi sao đã co lại.
- Một lần thoát hiểm trong gang tấc. Một hành tinh có thể đã lặn vào lớp vỏ ngoài đang phình to gần đỉnh của nhánh, rồi lại thấy mình ở bên ngoài vì lớp vỏ ấy rút lui nhanh hơn tốc độ quỹ đạo của nó thu hẹp.
Việc bắt giữ một hành tinh trôi tự do hoặc sự xáo trộn lại trong một hệ nhiều hành tinh được đánh giá là ít khả năng hơn.
Một hành tinh bị cấm là một điều dị thường. Với ba hành tinh, các tác giả nói đến một lớp mới của các hệ hành tinh đã tiến hóa — và về một thứ vật lý quanh những ngôi sao già mà các mô hình hiện nay chưa bao hàm.