Phòng thí nghiệm Gemini công bố thiết bị ảnh hoá tiến tiến có thể ghi
hình trực tiếp ngoại hành tinh
GPI chuẩn bị được lắp vào kính thiên văn Gemini South tại Chile.
Sau gần 10 năm phát triển, phòng thí nghiệm Gemini đã vừa công bố một thiết bị ảnh hóa tiên tiến có khả năng ghi lại hình ảnh trực tiếp của các hành tinh trẻ đang bay quanh sao chủ của chúng. Gemini Planet Imager (GPI) được xem là một phát minh quan trọng trong nổ lực nâng cao khả năng tìm kiếm các ngoại hành tinh của con người bên cạnh các phương pháp thiên văn truyền thống.
GPI được phát triển theo một dự án hợp tác giữa các viện nghiên cứu tại nhiều quốc gia. Vào tháng 11 vừa qua, GPI đã được triển khai cùng với kính thiên văn Gemeni South đường kính 8 m tại Chile và tại đây hệ thống đã được thử nghiệm lần đầu tiên. Nhóm nghiên cứu đã chọn đối tượng là hệ các ngoại hành tinh Beta Pictoris và họ đã ghi lại những hình ảnh trực tiếp của hành tinh Beta Pictoris b nằm cách chúng ta 63 năm ánh sáng.
Hình ảnh về Beta Pictoris b và sao mẹ được GPI chụp được hồi tháng 11.
Trước đây, việc phát hiện các ngoại hành tinh bằng phương pháp ảnh hóa trực tiếp không hề đơn giản bởi các hành tin hỗ trợ sự sống tiềm năng sẽ phải có khoảng cách đủ gần với sao mẹ và nguồn sáng quá lớn phát ra từ sao mẹ thường làm mờ chúng. Vì vậy, phần lớn các ngoại hành tinh phát hiện được đều nhờ vào các phương pháp gián tiếp. Một phương pháp gián tiếp được dùng rất phổ biến là phương pháp qua mặt (transit method) dự trên hiện tượng giảm độ sáng của ngôi sao chủ khi có một ngoại hành tinh bay cắt ngang. Ngoài ra, phương pháp qua mặt biến thiên theo thời gian (Transit timing variation) cũng được khai thác dựa trên việc so sánh độ lệch quỹ đạo gây ra bởi lực hút hấp dẫn giữa sao chủ và ngoại hành tinh với các dự đoán bằng máy tính.
Mặc dù trang thiết bị ảnh hóa công nghệ cao cho phép quan sát trực tiếp ngoại hành tinh đã được phát triển trong quá khứ nhưng hạn chế của các thiết bị này là phải phụ thuộc vào thời gian kính thiên văn ghi lại hình ảnh. Điển hình như thử nghiệm khảo sát các ngoại hành tinh HR8977 b, c, d và e diễn ra năm ngoái, các nhà thiên văn đã mất từ 30 đến 45 phút để chụp lại từng loạt ảnh và quang phổ hồng ngoại của chúng. Khi đem so sánh với hệ thống GPI, thời gian ghi lại hình ảnh của ngoại hành tinh Beta Pictoris b chỉ mất 60 giây.
Bruce Macintosh - lãnh đạo dự án đến từ phòng thí nghiệm quốc gia Lawrence Livermore (LLNL) cho biết: "Ngay cả với những hình ảnh đầu tiên về Beta Pictoris b, chất lượng ảnh mà GPI đạt được tốt hơn gấp 10 lần so với các thế hệ thiết bị trước. Trong 1 phút, chúng tôi đã nhìn thấy các hành tinh mà vốn dĩ phải mất vài giờ để phát hiện."
Trong quá trình chế tạo GPI, nhóm nghiên cứu đã phát triển một hệ thống quang học rất tối tân. Hệ thống sử dụng quang phổ hồng ngoại để phân tích ánh sáng từ các hành tinh và đo đạt cũng như điều chỉnh các nhiễu động khí quyển trong thời gian chỉ 1 phần nghìn giây. Hệ thống còn được tích hợp một kính biến dạng và các màng lọc đặc biệt để chắn ánh sáng phát ra từ các sao chủ.
Bằng việc quan sát trực tiếp hành tinh, các nhà khoa học có thể thu được dữ liệu cung cấp một cái nhìn sâu sắc hơn về các đặc tính quan trọng của hành tinh như khí quyển và nhiệt độ. "Hầu hết các hành tinh mà chúng tôi đã biết tính đến hiện tại đều được phát hiện dựa trên các phương pháp gián tiếp. Do đó, chúng tôi chỉ biết vị trí của nó và đôi chút về quỹ đạo, khối lượng. Với GPI, chúng tôi ghi lại hình ảnh trực tiếp của các hành tinh đang bay quanh sao chủ. Qua đó, chúng tôi có thể phân tích và thật sự đi sâu vào khí quyển cũng như các đặc tính khác của hành tinh," Macintosh giải thích.
Ngoài ra, GPI còn có thể phát hiện ánh sáng phân cực, cho phép nghiên cứu sâu hơn về các vành sáng tán xạ tồn tại xung quanh những ngôi sao trẻ và được cho là lớp bụi còn lại kể từ khi chúng được khai sinh. Trước đây, giới thiên văn chỉ có thể nghiên cứu các cạnh của vành sáng và việc phân tách ánh sáng phân cực và ánh sáng thông thường sẽ cho phép họ quan sát nhiều hơn, qua đó cho chúng ta biết nhiều hơn về bản chất của các ngôi sao.
Nhóm phát triển cũng đã sử dụng chế độ phân cực của GPI để quan sát đám bụi bay quanh ngôi sao trẻ HR4796A. Dưới đây là hình ảnh so sát độ khả kiến của vành sáng dưới ánh sáng thường (bên trái) và ở chế độ phân cực với ánh sáng thường được khử (phải).
Nhóm phát triển đặt rất nhiều hy vọng vào GPI và trong năm nay, họ sẽ thực hiện một cuộc khảo sát quy mô lớn với mục tiêu quan sát 600 ngôi sao trẻ và các hành tinh khổng lồ bay quanh chúng. Hiện tại, GPI chỉ có thể phát hiện các ngoại hành tinh với kích thước cỡ sao Mộc hoặc lớn hơn. Mặc dù vậy, Macintosh cho rằng những cải tiến về công nghệ sẽ cho phép GPI phát hiện các hành tinh nhỏ hơn trong tương lai không xa. Ông nói: "Một ngày nào đó, sẽ có một công cụ giống như GPI, được gắn trên một kính thiên văn không gian. Hình ảnh và quang phổ do công cụ ghi lại sẽ cho thấy một chấm xanh nhỏ bé - một Trái Đất khác."
