Hygiea

Hygiea là thiên thể lớn thứ tư trong vành đai tiểu hành tinh, và là một trong những thiên thể thú vị nhất bị kẹt giữa hai hạng mục phân loại. Với bán kính trung bình khoảng 215 km — đường kính khoảng 430 km — nó là một thế giới tối màu, giàu carbon quay quanh ở vùng ngoài của vành đai, cách Mặt Trời 3,142 AU, trên một quỹ đạo mất khoảng 2.034 ngày, tức khoảng 5,6 năm Trái Đất, để hoàn thành. Trong 170 năm, nó chỉ đơn giản là một tiểu hành tinh lớn. Rồi, vào năm 2019, những hình ảnh sắc nét mới cho thấy nó có thể là một thứ gì đó hơn thế.

Được đặt tên theo Hygieia, nữ thần sức khỏe của Hy Lạp, và được phát hiện năm 1849, Hygiea đã trải qua phần lớn lịch sử được ghi chép của mình như một vệt mờ đối với các nhà thiên văn học. Chỉ trong thập kỷ vừa qua, hình dạng thực sự của nó mới dần trở nên rõ ràng — và cùng với đó là một đề xuất nghiêm túc rằng thiên thể khiêm tốn của vành đai này thực ra có thể là hành tinh lùn nhỏ nhất trong hệ Mặt Trời.

Khám phá và đặt tên

Hygiea được tìm thấy vào ngày 12 tháng 4 năm 1849 bởi nhà thiên văn học người Ý Annibale de Gasparis, làm việc tại Đài quan sát Capodimonte ở Naples. Đây là tiểu hành tinh thứ mười từng được xác định, và vì vậy mang số hiệu chính thức 10 Hygiea. Cái tên này — do giám đốc đài quan sát, Ernesto Capocci, đề xuất — vinh danh Hygieia, con gái của Asclepius và là hiện thân của sức khỏe và sự sạch sẽ trong thần thoại Hy Lạp, từ đó chúng ta cũng có từ 'hygiene' (vệ sinh).

Dù có kích thước lớn, Hygiea là một khám phá tương đối muộn đối với một thiên thể lớn như vậy vì nó cực kỳ tối màu. Nó chỉ phản xạ khoảng 6 đến 7% ánh sáng Mặt Trời chiếu tới, vì vậy ngay cả lúc sáng nhất — gần lúc xung đối, ở khoảng cấp sao +10 — nó vẫn ở dưới xa ngưỡng nhìn thấy bằng mắt thường và dễ dàng bị lấn át bởi các tiểu hành tinh nhỏ hơn nhiều nhưng phản chiếu tốt hơn.

Một thế giới tối màu, giàu carbon

Hygiea là tiểu hành tinh lớn nhất thuộc loại C, hay carbon, — những thiên thể nguyên thủy, đen như than chiếm ưu thế ở vùng ngoài của vành đai chính. Quang phổ học chỉ ra một bề mặt gồm các silicat và carbonat dạng sét đã hydrat hóa và ammonia hóa, với những dấu hiệu của băng nước, một thành phần giống một cách đáng kinh ngạc với hành tinh lùn Ceres. Đây là những vật liệu ít bị biến đổi nhất còn sót lại từ thời kỳ hình thành hệ Mặt Trời, khiến các thiên thể như Hygiea trở thành những viên nang thời gian quý giá từ thời kỳ các hành tinh vẫn còn đang được lắp ráp.

Thiên thể này có khối lượng khoảng 8,7 × 10¹⁹ kg — vài phần trăm của toàn bộ vành đai tiểu hành tinh — nhưng nó vẫn còn quá nhỏ để quét sạch vùng quỹ đạo của mình khỏi các thiên thể khác, đó chính xác là lý do, bỏ qua tranh luận về hành tinh lùn, nó vẫn được xếp vào hàng các tiểu hành tinh.

Lập luận về hành tinh lùn năm 2019

Vào tháng 10 năm 2019, một nhóm nghiên cứu sử dụng thiết bị SPHERE trên Kính viễn vọng Rất Lớn của ESO tại Chile đã công bố những hình ảnh phân giải được đĩa của Hygiea trên khoảng 95% bề mặt của nó. Gây ngạc nhiên rộng rãi, thiên thể này hóa ra gần như hình cầu hoàn hảo — gần với hình dạng mà một thiên thể tự ổn định dưới lực hấp dẫn của chính nó, được gọi là trạng thái cân bằng thủy tĩnh.

Điều đó quan trọng vì tính tròn trịa là tiêu chí cuối cùng trong bốn tiêu chí mà IAU sử dụng để định nghĩa một hành tinh lùn. Hygiea đã quay quanh Mặt Trời, không phải là mặt trăng, và chưa quét sạch vùng lân cận quỹ đạo của mình; nếu hình dạng tròn của nó được xác nhận, nó sẽ đáp ứng cả bài kiểm tra cuối cùng đó. Với đường kính chỉ hơn 430 km một chút, nó khi đó sẽ soán ngôi Ceres — có đường kính gấp hơn hai lần — trở thành hành tinh lùn nhỏ nhất được biết đến. IAU chưa chính thức hóa việc phân loại lại đó, vì vậy hiện tại Hygiea vẫn là ứng viên hàng đầu chứ chưa phải một thành viên được xác nhận.

Một quá khứ tan vỡ và tái hợp

Cùng nghiên cứu VLT đó đã đưa ra một lời giải thích đáng chú ý cho hình dạng tròn đó. Khoảng hai tỷ năm trước, một vật thể va chạm rộng khoảng 75 đến 150 km đã đâm vào thiên thể mẹ của Hygiea và làm nó vỡ tan hoàn toàn. Các mảnh vỡ sau đó đã rơi trở lại và kết hợp với nhau dưới lực hấp dẫn tương hỗ, tái hợp thành thế giới hình cầu mà chúng ta thấy ngày nay — một quá trình sẽ tự nhiên xóa bỏ miệng hố va chạm khổng lồ duy nhất mà một va chạm như vậy thường để lại.

Phù hợp với câu chuyện đó, các hình ảnh SPHERE không cho thấy lòng chảo va chạm chủ đạo nào, chỉ có hai miệng hố tương đối khiêm tốn. Va chạm này cũng đã bắn ra các mảnh vỡ tồn tại đến ngày nay dưới dạng họ Hygiea: một đàn khoảng 7.000 tiểu hành tinh tối màu chia sẻ quỹ đạo và thành phần tương tự nhau, trong khi thiên thể mẹ vẫn giữ phần lớn áp đảo khối lượng của cả họ. Rất ít sự kiện phá vỡ và tái hợp quy mô lớn như vậy được cho là đã xảy ra ở bất cứ đâu trong vành đai trong vài tỷ năm qua.

Cách quan sát Hygiea

Hygiea là mục tiêu dành cho những người quan sát nghiệp dư kiên nhẫn hơn là một cảnh tượng nhìn bằng mắt thường thông thường. Gần lúc xung đối, nó sáng lên tới khoảng cấp sao +10,2, đưa nó vào tầm với của một kính viễn vọng có khẩu độ khoảng 100 mm (4 inch) dưới bầu trời tối. Ngay cả khi đó, nó chỉ xuất hiện như một điểm mờ, giống ngôi sao; đĩa thực sự của nó nằm ngoài tầm với của thiết bị sân sau và chỉ có thể được phân giải bởi các thiết bị chuyên nghiệp lớn như VLT. Một bản đồ sao chi tiết hoặc ứng dụng thiên văn về cơ bản là cần thiết để nhận ra nó giữa các ngôi sao nền và theo dõi sự trôi dạt chậm chạp của nó từ đêm này sang đêm khác.