Ngoài vũ trụ có tồn tại một Trái Đất thứ hai không? Kiến thức của chúng ta về các hệ hành tinh ở xa đang được tích lũy theo từng ngày nhờ các thành tựu công nghệ mới cho phép chúng ta nhìn xa hơn ra ngoài vũ trụ. Cho đến thời điểm hiện tại, đã có 3700 hành tinh được phát hiện bên ngoài Hệ Mặt Trời của chúng ta. Khối lượng và bán kính của các ngoại hành tinh đó có thể giúp chúng ta tìm ra mật độ trung bình của chúng, tuy nhiên không thể áp dụng tương tự để tìm ra cấu trúc và thành phần hóa học của chúng được. Vì vậy câu hỏi thú vị về việc những hành tinh này trông như thế nào hiện vẫn luôn được đặt ra.
"Về mặt lý thuyết, chúng ta có thể giả định nhiều thành phần cấu trúc khác nhau, chẳng hạn như các hành tinh toàn nước, toàn đá hay các hành tinh có bầu khí quyển hydro-heli và qua đó ước tính được bán kính của chúng", theo Michael Lozovsky, một ứng viên tiến sĩ thuộc nhóm của Giáo sư Ravit Helled tại Viện Khoa học Tính toán của Trường Đại học Zurich.
Các ngưỡng của thành phần hành tinh
Lozovsky và các đồng nghiệp đã sử dụng các cơ sở dữ liệu và công cụ thống kê để mô tả các ngoại hành tinh cũng như bầu khí quyển của chúng. Chúng khá phổ biến và được bao quanh bởi một lớp hydro và heli dễ bay hơi. Tuy nhiên, dữ liệu đo trực tiếp từ trước không cho phép các nhà nghiên cứu xác định rõ cấu trúc chính xác của chúng, do các thành phần hóa học khác nhau vẫn có thể cho ra cùng một khối lượng và bán kính. Bên cạnh độ chính xác của dữ liệu này, nhóm nghiên cứu cũng đã tìm hiểu về cấu trúc giả định bên trong, nhiệt độ và bức xạ phản chiếu của 83 trong số 3700 hành tinh đã biết, các hành tinh đã được xác định rõ khối lượng và bán kính.
Michael Lozovsky cho biết: "Chúng tôi đã sử dụng các phương pháp phân tích số liệu nhằm đặt ra giới hạn cho các thành phần khả dĩ. Sử dụng dữ liệu từ các ngoại hành tinh đã xác định được, chúng tôi thấy rằng tất cả các cấu trúc hành tinh về mặt lý thuyết đều có một 'ngưỡng bán kính', quá giới hạn đó thì không thể tồn tại hành tinh có thành phần như vậy."
Số lượng nguyên tốnặng hơn heli trong lớp khí, tỷ lệ của hydro và heli, cũng như sự phân chia các nguyên tố trong khí quyển đóng vai trò rất quan trọng trong việc xác định ngưỡng bán kính.
Các siêu Trái Đất và Sao Hải Vương nhỏ
Các nhà nghiên cứu từ Viện Khoa học Tính toán đã phát hiện ra rằng các hành tinh với bán kính gấp 1,4 lần bán kính Trái Đất (6.371 kilomet) có thể có thành phần giống với Trái Đất. Các hành tinh với bán kính quá ngưỡng này có tỷ lệ silicat hoặc các vật chất nhẹ khác cao hơn. Hầu hết các hành tinh với bán kính gấp trên 1,6 lần bán kính Trái Đất sẽ có một lớp hydro-heli hoặc nước ngoài lõi đá của chúng ra, còn những hành tinh có bán kính gấp trên 2,6 lần bán kính Trái Đất không thể là các thế giới nước và có thể được bao quanh bởi một bầu khí quyển. Các hành tinh với bán kính lớn hơn 4 lần Trái Đất được cho là có rất nhiều khí và chứa ít nhất 10% hydro và heli, tương tự như Sao Thiên Vương và Sao Hải Vương.
Những phát hiện của nghiên cứu này đã mở ra cho chúng ta các hiểu biết mới về sự phát triển và tính đa dạng của các hành tinh này. Một ngưỡng bán kính đặc biệt thú vị là về sự khác biệt giữa các hành tinh đất đá lớn - còn được gọi là các siêu Trái Đất, và các hành tinh khí nhỏ - còn được gọi là các Sao Hải Vương nhỏ. Theo các nhà nghiên cứu, ngưỡng bán kính này lớn gấp ba lần bán kính Trái Đất. Do vậy chúng ta hoàn toàn có khả năng tìm ra các hành tinh giống Trái Đất ở dưới ngưỡng đó trong thiên hà rộng lớn này.
Tuấn Phong
Theo Science Daily
