Hệ mặt trời của chúng ta từng có chín hành tinh. Nhà thiên văn học Mike Brown, còn được gọi là “người đã giết chết sao Diêm Vương”, cho biết ông đã nhận được thư căm ghét từ trẻ em và những cuộc gọi tục tĩu lúc 3 giờ sáng trong nhiều năm sau khi phát hiện nổi tiếng nhất của ông giúp thay đổi điều đó .
Brown, một giáo sư thiên văn học hành tinh tại Caltech, đã phát hiện ra một thế giới nhỏ khác có tên là Eris trong vành đai Kuiper — một vành đai rộng lớn gồm các vật thể băng giá nằm ngoài quỹ đạo của Sao Hải Vương, cũng là vùng lân cận của hành tinh thứ chín trước đây. Sự tiết lộ năm 2005 đã tạo ra một chuỗi sự kiện dẫn đến việc Sao Diêm Vương bị giáng cấp khỏi vị thế hành tinh vẫn còn gây tranh cãi vào năm sau.
Nhưng hiện nay, khi vành đai Kuiper đã lấy đi hành tinh thứ chín, Brown và các nhà khoa học khác tin rằng nó có thể trả lại một hành tinh.
Vành đai mà các nhà thiên văn học tin rằng được tạo thành từ những gì còn sót lại từ quá trình hình thành hệ mặt trời, trải dài xa hơn Mặt trời 50 lần so với Trái đất, với một vùng thứ cấp trải dài ra ngoài nó gần gấp 20 lần khoảng cách đó. Sao Diêm Vương, hiện được phân loại là hành tinh lùn cùng với Eris, chỉ là một trong những hành tinh lớn nhất trong số hàng chục thiên thể băng giá tồn tại ở đó — và không thống trị quỹ đạo của chính nó và xóa quỹ đạo của các vật thể khác. Đó là lý do tại sao nó không thể có cùng vị thế như tám hành tinh còn lại, theo các hướng dẫn do Liên minh Thiên văn Quốc tế đưa ra.
Tuy nhiên, vì các vật thể trong vành đai Kuiper nằm rất xa mặt trời nên rất khó phát hiện. Trong hơn một thập kỷ, các nhà thiên văn học đã tìm kiếm khu vực đó để tìm một hành tinh ẩn chưa từng được quan sát, nhưng sự hiện diện của nó được suy ra từ hành vi của các vật thể khác gần đó. Nó thường được gọi là Hành tinh X hoặc Hành tinh Chín.
“Nếu chúng ta tìm thấy một hành tinh khác, đó thực sự là một vấn đề lớn”, Malena Rice, trợ lý giáo sư thiên văn học tại Đại học Yale, cho biết. “Nó có thể định hình lại hoàn toàn hiểu biết của chúng ta về hệ mặt trời và các hệ hành tinh khác, cũng như cách chúng ta phù hợp với bối cảnh đó. Thật sự thú vị — có rất nhiều tiềm năng để tìm hiểu một lượng lớn thông tin về vũ trụ”.
Sự phấn khích đi kèm với một số tranh cãi — các phe phái khác nhau đưa ra các lý thuyết cạnh tranh về chính hành tinh này trong khi một số nhà nghiên cứu tin rằng nó không hề tồn tại.
“Chắc chắn có những người hoài nghi hoàn toàn về Hành tinh Chín — đây là một chủ đề gây tranh cãi,” Rice nói. “Một số người cảm thấy rất nồng nhiệt rằng nó tồn tại. Một số người cảm thấy rất nồng nhiệt rằng nó không tồn tại. Có rất nhiều cuộc tranh luận trong việc cố gắng xác định nó là gì và liệu nó có ở đó hay không. Nhưng đó là dấu hiệu của một chủ đề thực sự thú vị, bởi vì nếu không, mọi người sẽ không có ý kiến nóng bỏng về nó.”
Cuộc tranh luận có thể sớm được giải quyết khi một kính thiên văn mới có khả năng khảo sát toàn bộ bầu trời vài đêm một lần đi vào hoạt động vào cuối năm 2025. Cho đến lúc đó, một nhóm các nhà nghiên cứu tin rằng họ đã tìm thấy bằng chứng thuyết phục nhất cho thấy hành tinh ẩn này là có thật.
Một ‘bằng chứng rõ ràng’
Cuộc tìm kiếm Hành tinh Chín chỉ mới bắt đầu gần đây, nhưng cuộc thảo luận về sự tồn tại của nó đã có từ hơn 175 năm trước.
“Kể từ khi Sao Hải Vương được phát hiện thành công vào năm 1846, ít nhất 30 nhà thiên văn học đã đề xuất về sự tồn tại của nhiều loại hành tinh ngoài Sao Hải Vương — và họ luôn sai,” Konstantin Batygin, một đồng nghiệp của Brown, cũng là giáo sư khoa học hành tinh tại Viện Công nghệ California, cho biết. Bất kỳ vật thể nào quay quanh mặt trời ngoài quỹ đạo của Sao Hải Vương đều được các nhà thiên văn học định nghĩa là “ngoài Sao Hải Vương”.
Ông nói thêm: “Tôi chưa bao giờ nghĩ mình sẽ nói về việc có bằng chứng về một hành tinh bên ngoài Sao Hải Vương, nhưng tôi tin rằng không giống như tất cả những lần trước, trong trường hợp này, chúng tôi thực sự đúng”.
Batygin và Brown là một trong những người ủng hộ mạnh mẽ nhất cho Hành tinh Chín. Cặp đôi này đã tích cực làm việc để tìm ra hành tinh ẩn giấu này kể từ năm 2014, lấy cảm hứng từ một nghiên cứu của các nhà thiên văn học Scott Sheppard, nhà khoa học nhân viên tại Viện Khoa học Carnegie ở Washington, DC, và Chadwick Trujillo, phó giáo sư thiên văn học và khoa học hành tinh tại Đại học Bắc Arizona.
Sheppard và Trujillo là những người đầu tiên nhận thấy rằng quỹ đạo của một số ít các vật thể ngoài Sao Hải Vương đã biết đều tập trung lại với nhau một cách kỳ lạ. Bộ đôi này lập luận rằng một hành tinh vô hình — lớn hơn Trái Đất nhiều lần và cách Mặt Trời hơn 200 lần — có thể “chăn dắt” những vật thể nhỏ hơn này.
Brown cho biết trong một email: “Bằng chứng trực quan nổi bật nhất vẫn là bằng chứng sớm nhất: rằng tất cả các vật thể xa nhất ngoài Sao Hải Vương đều có quỹ đạo hướng theo một hướng”.
Batygin từ đó đã đồng tác giả nửa tá nghiên cứu về Hành tinh Chín, đưa ra một số bằng chứng về sự tồn tại của nó. Mạnh nhất, ông nói, là trong tác phẩm mới nhất của ông, được đồng tác giả bởi Brown và hai nhà nghiên cứu khác và được công bố vào tháng 4 trên Tạp chí Astrophysical Journal Letters .
Nghiên cứu theo dõi các vật thể băng giá chịu một số loại nhiễu loạn khiến chúng bị đưa vào quỹ đạo của Sao Hải Vương trước khi chúng rời khỏi hệ mặt trời hoàn toàn. “Nếu bạn nhìn vào các vật thể này, tuổi thọ của chúng rất nhỏ so với tuổi của hệ mặt trời”, Batygin nói. “Điều đó có nghĩa là có thứ gì đó đang đưa chúng đến đó. Vậy thì đó có thể là gì?”
Một lựa chọn có thể là thứ gọi là thủy triều thiên hà, sự kết hợp của các lực tác động bởi các ngôi sao xa xôi trong thiên hà Milky Way. Nhưng Batygin và nhóm của ông đã chạy mô phỏng máy tính để kiểm tra kịch bản này so với sự hiện diện của Hành tinh Chín, và họ thấy rằng một hệ mặt trời không có hành tinh ẩn sẽ “bị dữ liệu bác bỏ mạnh mẽ”.
“Đó thực sự là bằng chứng rõ ràng. Và khi nhìn lại, điều đó rất rõ ràng, vì vậy tôi cảm thấy hơi xấu hổ khi chúng tôi mất gần một thập kỷ để tìm ra điều này. Thà muộn còn hơn không, tôi cho là vậy,” Batygin nói.
Theo Batygin, Hành tinh Chín là một vật thể “siêu Trái Đất”, có khối lượng gấp khoảng năm đến bảy lần khối lượng hành tinh của chúng ta, và chu kỳ quỹ đạo của nó là từ 10.000 đến 20.000 năm. “Những gì tôi không thể tính toán được từ việc thực hiện mô phỏng là vị trí của nó trên quỹ đạo, cũng như thành phần của nó,” Batygin cho biết. “Lời giải thích trần tục nhất là nó giống như một phiên bản nhỏ hơn của Sao Thiên Vương và Sao Hải Vương, và có lẽ là một trong những lõi tham gia vào quá trình hình thành các hành tinh đó.”
Giả thuyết siêu Trái Đất có lẽ là giả thuyết nhận được nhiều sự ủng hộ nhất từ những người tin vào Hành tinh Chín, nhưng các lý thuyết cạnh tranh lại đưa ra những lời giải thích khác.
Siêu sao Diêm Vương? Các lý thuyết cạnh tranh về vành đai Kuiper
Một nghiên cứu được công bố vào tháng 8 năm 2023 đề xuất sự tồn tại của một hành tinh ẩn thực sự nhỏ hơn nhiều, với khối lượng từ 1,5 đến 3 lần so với Trái đất. “Có thể đó là một Trái đất băng giá, nhiều đá hoặc một siêu sao Diêm Vương”, Patryk Sofia Lykawka, phó giáo sư khoa học hành tinh tại Đại học Kindai ở Nhật Bản và là đồng tác giả của nghiên cứu cho biết.
“Do khối lượng lớn, nó sẽ có năng lượng bên trong cao có thể duy trì, ví dụ, các đại dương ngầm. Quỹ đạo của nó sẽ rất xa, vượt xa Sao Hải Vương, và nghiêng hơn nhiều nếu so sánh với các hành tinh đã biết — thậm chí còn nghiêng hơn cả Sao Diêm Vương, có độ nghiêng khoảng 17 độ,” Lykawka cho biết. (Các nhà thiên văn học gọi quỹ đạo của một hành tinh là nghiêng khi nó không nằm trên cùng một mặt phẳng với Trái Đất.)
Sự hiện diện của hành tinh này bắt nguồn từ các mô hình tính toán nhằm giải thích hành vi kỳ lạ của quần thể các vật thể ngoài Sao Hải Vương, điều này cho thấy sự tương đồng với nghiên cứu của Batygin. Tuy nhiên, Lykawka chỉ ra rằng mô hình của ông không xem xét cùng một sự sắp xếp quỹ đạo và rất khác so với mô hình của Batygin. Đó là lý do tại sao ông không gọi vật thể bí ẩn này là Hành tinh Chín mà thay vào đó là “hành tinh vành đai Kuiper”, để “làm rõ rằng chúng ta đang nói về các hành tinh giả định khác nhau”, ông giải thích.
Các lý thuyết khác cho rằng những điều bất thường mà mọi người đang cố gắng giải thích là do một thứ hoàn toàn khác, chẳng hạn như một hố đen nguyên thủy — được tạo ra ngay sau vụ nổ lớn — mà hệ mặt trời của chúng ta đã bắt được khi nó di chuyển qua thiên hà. Một ý tưởng khác cho rằng có thể có điều gì đó không ổn với sự hiểu biết hiện tại của khoa học về lực hấp dẫn.
Nhưng theo Rice của Đại học Yale, những lý thuyết này sẽ rất khó để kiểm chứng. “Có rất nhiều ý tưởng khác, nhưng tôi thường cố gắng đi theo nguyên lý dao cạo của Occam khi quyết định nên ưu tiên điều gì khi kiểm tra”, bà nói, trích dẫn một nguyên lý triết học kinh điển nêu rằng trong số những ý tưởng cạnh tranh, ý tưởng đơn giản nhất thường là đúng. “Về mặt khả thi khoa học, chúng ta biết rằng đã có tám hành tinh, vì vậy không quá điên rồ khi có thêm một hành tinh nữa trong cùng một hệ thống”.
Bà nói thêm rằng con đường triển vọng nhất thực sự là tìm ra nhiều vật thể ngoài Sao Hải Vương hơn mà Batygin đang dựa vào để xây dựng giả thuyết của mình — và chứng minh rằng quỹ đạo của chúng tập trung lại có ý nghĩa thống kê quan trọng.
Nỗ lực để có thêm bằng chứng
Một số nhà nghiên cứu tin rằng hiện nay các nhà khoa học phát hiện quá ít các vật thể xa ngoài Sao Hải Vương để có thể đưa ra bất kỳ kết luận nào về quỹ đạo của chúng.
Renu Malhotra, giáo sư khoa học hành tinh tại Đại học Arizona, cho biết: “Chúng ta có khoảng một tá những vật thể như thế này, nhưng chúng ta chỉ quan sát được những vật thể sáng nhất, và chỉ một phần rất nhỏ trong số đó, vì chúng ta quan sát chúng khi chúng ở vị trí gần mặt trời nhất”.
Theo Malhotra, dữ liệu bị ảnh hưởng bởi sự thiên vị quan sát, đó là lý do tại sao các nhà nghiên cứu hoài nghi về nó. Trong số những người hoài nghi có Sheppard của Viện Khoa học Carnegie, một trong những đồng tác giả của nghiên cứu năm 2014 đã truyền cảm hứng cho nghiên cứu của Batygin.
“Cho đến nay, chúng tôi mong đợi sẽ tìm thấy nhiều hơn nữa những vật thể cực đoan này bên ngoài Sao Hải Vương,” Sheppard cho biết trong một email. “Việc có hàng chục vật thể như vậy sẽ cho phép chúng tôi xác định một cách đáng tin cậy liệu chúng có thực sự tập trung trong không gian hay không. Nhưng thật không may, chúng ta vẫn đang ở trong phạm vi thống kê số lượng nhỏ, vì chúng hiếm hơn nhiều so với suy nghĩ ban đầu. Hiện tại, tôi cho rằng có thể có một hành tinh siêu Trái Đất trong hệ mặt trời xa xôi, nhưng chúng ta không thể nói điều đó một cách chắc chắn.”
Theo Malhotra, cuộc tranh cãi có thể trở nên gay gắt. “Các nhà khoa học có nhiều loại tính cách khác nhau, giống như mọi người khác. Một số người hung hăng hơn về khoa học của họ, trong khi những người khác thì điềm đạm hơn”, bà nói. “Có một nhận thức rằng ý tưởng về một Hành tinh Chín có khối lượng bằng sao Hải Vương đang được thúc đẩy mạnh mẽ hơn so với các số liệu thống kê chứng minh”.
Malhotra là đồng tác giả của một bài báo vào tháng 8 năm 2017 cho rằng có sự tồn tại của một hành tinh có kích thước bằng sao Hỏa trong vành đai Kuiper, nhưng bà không hoàn toàn loại trừ giả thuyết Hành tinh thứ Chín.
“Nó vẫn còn mơ hồ. Nó chỉ ở ranh giới của ý nghĩa thống kê”, bà nói. “Nhưng không có gì trong vật lý mà chúng ta biết và các quan sát mà chúng ta có loại trừ khả năng tồn tại các hành tinh lớn ở khoảng cách gấp hàng chục lần khoảng cách từ Sao Hải Vương đến Mặt Trời”.
Tất nhiên, việc quan sát trực tiếp hành tinh này sẽ chấm dứt mọi tranh cãi, nhưng mọi nỗ lực cho đến nay đều không mang lại kết quả.
Batygin là đồng tác giả của một nghiên cứu vào tháng 3 sử dụng dữ liệu từ Đài quan sát Kính viễn vọng Khảo sát Toàn cảnh và Hệ thống Phản ứng Nhanh, hay Pan-STARRS, ở Hawaii, cho phép các nhà nghiên cứu phân tích 78% bầu trời nơi được cho là có thể có Hành tinh thứ Chín — nhưng họ không thể tìm thấy nó.
“Đó thực sự là một quá trình gian nan,” ông nói về nỗ lực này, đồng thời nêu ra những khó khăn khi phải làm việc với kính thiên văn chỉ trong vài ngày theo thời gian quy định trong khi phải chống chọi với tình trạng thiết bị bị hỏng và thời tiết xấu.
Theo Batygin, việc phát hiện một vật thể ở xa như vậy mà không biết phải nhìn vào đâu là vô cùng khó khăn, giống như việc tìm kiếm mục tiêu bằng súng bắn tỉa thay vì ống nhòm.
“Bầu trời là một nơi thực sự, thực sự rộng lớn khi bạn đang tìm kiếm thứ gì đó tối tăm đến đau đớn”, ông nói. “Thứ này sáng hơn sao Hải Vương khoảng 100 triệu lần — điều đó thực sự đang tiến gần đến giới hạn của những gì có thể với những chiếc kính thiên văn lớn nhất thế giới hiện nay”.
Các cuộc tìm kiếm khác, chẳng hạn như một cuộc tìm kiếm được thực hiện cho một nghiên cứu vào tháng 12 năm 2021 sử dụng Kính viễn vọng vũ trụ Atacama ở Chile, cũng không thành công. “Tôi đã phải thử nghiệm hàng chục nghìn quỹ đạo khác nhau. Cuối cùng, tôi không phát hiện ra bất cứ điều gì”, tác giả chính của nghiên cứu Sigurd Naess, một nhà nghiên cứu tại Viện Vật lý thiên văn lý thuyết của Đại học Oslo ở Na Uy, cho biết.
Ông nói thêm rằng độ nhạy của thiết bị này đủ tốt để có thể phát hiện ra một hành tinh ở khu vực có khoảng cách từ Trái Đất đến Mặt Trời gấp 300 đến 600 lần.
Naess cho biết trong email rằng: “Điều đó đủ để cung cấp thông tin, nhưng chưa đủ để bác bỏ toàn bộ Hành tinh Chín”.
Một ‘chương mới’ tiềm năng
Giữa những tranh cãi và ý kiến trái chiều, tất cả các nhà nghiên cứu đều đồng ý về một điều. Một kính thiên văn góc rộng mới hiện đang được xây dựng có thể sớm chấm dứt cuộc tranh luận, khi Quỹ Khoa học Quốc gia Hoa Kỳ và các nhà nghiên cứu của Đại học Stanford bắt đầu hoạt động khoa học vào cuối năm 2025. Được gọi là Đài quan sát Vera C. Rubin, nó có máy ảnh kỹ thuật số lớn nhất từng được chế tạo và nằm trên đỉnh một ngọn núi cao 8.800 feet ở phía bắc Chile.
“Đây là kính viễn vọng thế hệ tiếp theo sẽ tìm kiếm toàn bộ bầu trời khả dụng sau mỗi vài ngày,” Batygin cho biết. “Nó có thể tìm thấy Hành tinh Chín trực tiếp, đây sẽ là một kết luận tuyệt vời cho cuộc tìm kiếm và mở ra một chương mới. Ít nhất, nó sẽ tìm thấy thêm hàng tấn vật thể vành đai Kuiper. Nhưng ngay cả khi nó không phát hiện ra một vật thể mới nào, thì nó cũng đủ để xác nhận giả thuyết Hành tinh Chín, vì nó sẽ kiểm tra tất cả các số liệu thống kê, tất cả các mô hình mà chúng ta thấy với một cuộc khảo sát độc lập.”
Rice đồng ý rằng kính thiên văn sẽ góp phần giải quyết cuộc tranh luận và giải quyết rõ ràng câu hỏi về ý nghĩa thống kê của sự liên kết của các vật thể ngoài Sao Hải Vương – điểm bằng chứng quan trọng nhất về Hành tinh thứ Chín.
Rice cho biết nếu kính viễn vọng Rubin tìm thấy một siêu Trái Đất thì điều đó sẽ rất thú vị vì những thiên thể này, có kích thước nằm giữa Trái Đất và Sao Hải Vương, là một dạng ngoại hành tinh phổ biến.
Rice cho biết: “Chúng ta không có hành tinh nào như vậy trong hệ mặt trời, điều này có vẻ thực sự kỳ lạ và là một bí ẩn nổi bật vì chúng ta tìm thấy rất nhiều hành tinh như vậy trong các hệ thống xung quanh các ngôi sao khác — sẽ thật tuyệt vời nếu thực sự nghiên cứu một hành tinh như vậy ở cự ly gần, vì các ngoại hành tinh ở rất xa nên rất khó để nắm bắt chính xác hình dạng vật lý của chúng”.