Những vùng xa nhất của Hệ Mặt Trời là một miền tối tăm và xa xôi, nơi các chi tiết trở nên khó nắm bắt. Vì ánh sáng Mặt Trời giảm mạnh ở khoảng cách lớn, ngay cả một hành tinh tương đối lớn cũng có thể dễ dàng thoát khỏi tầm quan sát của chúng ta.

Các nhà khoa học đã ghi nhận hiện tượng bất thường trong chuyển động cụm của các vật thể xuyên Hải Vương tinh (TNO) nằm ngoài quỹ đạo Hải Vương tinh, gợi ý khả năng tồn tại của một thế giới ẩn.

Điều này đã dẫn đến giả thuyết về một hành tinh thứ chín — một hành tinh lớn kiểu Trái Đất, đang ẩn mình bên ngoài vùng quan sát của chúng ta.

Giờ đây, hai nhà khoa học đưa ra một lời giải thích khác: thay vì một hành tinh thứ chín khổng lồ gây tranh cãi, họ đề xuất sự tồn tại của một thế giới nhỏ hơn, giống Trái Đất, nằm gần hơn và chuyển động trên một quỹ đạo nghiêng. Hành tinh này có thể giải thích những chuyển động bất thường của TNO mà không cần đến một vật thể quá lớn.

Theo các nhà khoa học hành tinh Patrick Sofia Lecarça của Đại học Kinki (Nhật Bản) và Takashi Ito của Đài Quan sát Thiên văn Quốc gia Nhật Bản, thế giới băng giá và tối tăm này — rất xa so với Mặt Trời sẽ không vượt quá ba lần khối lượng Trái Đất và không quay quanh Mặt Trời xa hơn 500 đơn vị thiên văn (AU). Họ viết: “Chúng tôi dự đoán sự tồn tại của một hành tinh giống Trái Đất và một số TNO trên các quỹ đạo đặc biệt bên ngoài Hệ Mặt Trời, đóng vai trò như tín hiệu quan sát giúp xác minh nhiễu động do hành tinh này gây ra.”

Đối tượng xa nhất từng được phát hiện trong Hệ Mặt Trời nằm ở khoảng cách 132 AU. Để so sánh, khoảng cách trung bình của Sao Diêm Vương đến Mặt Trời chỉ khoảng 40 AU. Ngoài Hải Vương tinh (30 AU), có vô số thiên thể băng giá và các hành tinh lùn kéo dài ra xa khỏi tầm nhìn — khu vực này được gọi là vành đai Kuiper, nơi chứa các vật thể xuyên Hải Vương tinh (TNO).

Những năm gần đây, nhờ kính thiên văn nhạy hơn và các khảo sát quy mô lớn, chúng ta đã phát hiện nhiều TNO hơn. Điều này giúp các nhà khoa học nhận ra những mô hình thú vị. Một trong số đó là hiện tượng “kết cụm”: một số TNO có xu hướng tập hợp và di chuyển trên các quỹ đạo nghiêng, cho thấy chúng đang bị ảnh hưởng bởi lực hấp dẫn của những vật thể lớn hơn nhiều so với những gì chúng ta từng xác định.

Năm 2016, hai nhà thiên văn Mike Brown và Konstantin Batygin của Caltech đưa ra giả thuyết về hành tinh thứ chín, cho rằng nó có khối lượng khoảng 6,3 lần Trái Đất và quỹ đạo xa hơn 460 AU. Tuy nhiên, họ không phải là những người đầu tiên đưa ra ý tưởng này. Patrick Sofia Lecarça và cộng sự đã quan sát hiện tượng cụm TNO từ năm 2008 và đề xuất giả thuyết về một hành tinh ẩn trong vành đai Kuiper.

Giờ đây, với dữ liệu nhiều hơn, Lecarça tiếp tục phát triển và tinh chỉnh giả thuyết của mình. Họ xác định những đặc điểm về một hành tinh giả thuyết có thể giải thích các tính chất đặc biệt của vành đai Kuiper. Các quan sát trong tương lai có thể xác nhận liệu họ có đúng hay không.

Họ viết: “Chúng tôi xác định rằng một hành tinh giống Trái Đất trên quỹ đạo xa và nghiêng có thể giải thích ba đặc điểm cơ bản của vành đai Kuiper xa: một nhóm lớn TNO nằm ngoài ảnh hưởng hấp dẫn của Hải Vương tinh, một nhóm lớn các vật thể có độ nghiêng cao, và sự tồn tại của một số vật thể cực hạn có quỹ đạo đặc biệt.” Hành tinh này được cho là có khối lượng từ 1,5 đến 3 lần Trái Đất, điểm xa nhất trên quỹ đạo nằm trong khoảng 250–500 AU, và nghiêng khoảng 30 độ so với mặt phẳng Hệ Mặt Trời.

Sự hiện diện của hành tinh này có thể giải thích các vật thể có độ nghiêng vượt quá 45 độ và quỹ đạo bất thường như của hành tinh lùn Sedna — nổi bật với quỹ đạo dài, kéo giãn và khó giải thích. Nó cũng có thể giúp làm rõ các đặc điểm liên quan đến nhóm vật thể ngoài Hải Vương tinh, vốn thường bị loại khỏi các nghiên cứu trước đây.

Phát hiện của Lecarça và Ito cung cấp những đặc trưng có thể kiểm chứng cho hành tinh giả thuyết này. Lực hấp dẫn của nó có thể khiến các TNO ngoài Hải Vương tinh tập hợp thành một nhóm ở khoảng cách lớn hơn 150 AU. Khi công nghệ quan sát ngày càng tiến bộ, chúng ta có thể phát hiện các vật thể này một cách rõ ràng hơn.

Họ cho biết: “Hiểu rõ cấu trúc quỹ đạo của vùng vành đai Kuiper xa có thể giúp xác nhận hoặc loại trừ sự tồn tại của bất kỳ hành tinh giả thuyết nào ở rìa Hệ Mặt Trời. Sự tồn tại của một hành tinh trong vành đai Kuiper cũng có thể cung cấp các giới hạn mới về quá trình hình thành hành tinh và sự tiến hóa động lực học của vùng ngoài quỹ đạo Sao Mộc.”