Càng tìm hiểu nhiều về các ngoại hành tinh, chúng ta càng nhận ra vũ trụ xa lạ hơn những gì chúng ta từng biết.

Thật khó có thể tin rằng cho đến những năm đầu của thập niên 1990, các nhà thiên văn học vẫn chưa phát hiện ra một ngoại hành tinh nào. Mặc dù các nhà khoa học chắc chắn về sự tồn tại của chúng, nhưng có rất ít bằng chứng về các hệ hành tinh cho đến khi Aleksander Wolszczan và Dale Frail phát hiện ra hai hành tinh bên ngoài Hệ Mặt Trời – hay gọi là ngoại hành tinh - quay quanh pulsar PSR 1257 + 12 vào năm 1992.

Ngay sau khám phá ban đầu này là việc quan sát được 51 Pegasi b – ngoại hành tinh đầu tiên được phát hiện xung quanh một sao giống như Mặt Trời - vào năm 1995, nhờ đó các nhà thiên văn học Michel Mayor và Didier Queloz đã được trao giải Nobel Vật lý năm 2019. Kể từ năm 1995, danh mục ngoại hành tinh đã nhanh chóng được mở rộng. Hiện tại đã xác nhận hơn 4.000 ngoại hành tinh, với khoảng 7.000 ứng viên khác đang chờ được phân loại. Khi các phương pháp quan sát được cải thiện, quá trình khám phá này mới thực sự bắt đầu. Và cuối năm nay, kính thiên văn không gian James Webb (JWST) sẽ khởi động, với một phần sứ mệnh của nó là tìm kiếm các ngoại hành tinh.

Một yếu tố đáng ngạc nhiên đã bắt đầu xuất hiện khi chúng ta tìm hiểu chi tiết về các thế giới bên ngoài Hệ Mặt Trời; vũ trụ thật sự rất kỳ lạ. Từ những thế giới mưa sắt và thủy tinh đến thế giới kim cương và những hành tinh đã thoát khỏi sự kìm kẹp của sao mẹ, danh mục các ngoại hành tinh đang phát triển đã chứng tỏ rằng Hệ Mặt Trời của chúng ta khá là nhàm chán.

 

WASP-76b: Ngoại hành tinh với mưa sắt nóng chảy

Được phát hiện vào năm 2013 và được nghiên cứu chi tiết bởi thiết bị ESPRESSO của đài quan sát VLT vào năm 2020, WASP-76b là một hành tinh bị khóa triều với sao mẹ BD + 01 316. Điều này có nghĩa là một mặt của hành tinh luôn hướng về phía ngôi sao gây ra nhiệt độ nóng tới rực lửa khoảng 2.500 độ C - đủ nóng để làm bốc hơi sắt.

Mặt quay về phía sao mẹ của WASP-76b bị rang cháy bởi bức xạ có cường độ gấp hàng nghìn lần Trái Đất nhận được từ Mặt Trời, trong khi mặt bên kia chìm trong màn đêm vĩnh cửu. Tuy nhiên, ngay cả khi "bên ngày" của hành tinh trải qua nhiệt độ của địa ngục, điều đó không có nghĩa là các điều kiện ở "bên đêm" giống như việc đi dạo trong công viên. Mặt ban đêm của hành tinh này mát hơn mặt ngày ít nhất 1.000 độ C, nhưng điều này có nghĩa là khi hơi sắt được đưa qua bán cầu bởi gió mạnh, chúng sẽ bị làm lạnh, tạo thành từng giọt chất lỏng. Những giọt sắt nóng chảy này sau đó rơi xuống, bắn phá phần lạnh hơn của hành tinh.

Manh mối quan trọng cho phép các nhà thiên văn phát hiện ra sự hiện diện của những cơn mưa sắt này là khi thiết bị ESPRESSO được sử dụng để khảo sát bầu khí quyển của WASP-76b, và không có dấu vết của nguyên tố này được tìm thấy ở một mặt của hành tinh. WASP-76b không phải là hành tinh duy nhất trải qua những cơn mưa ác mộng như thế này. Như thường xảy ra với các hành tinh bên ngoài Hệ Mặt Trời, những khám phá sâu hơn đã cho thấy mọi thứ còn xa lạ hơn rất nhiều.

 

HD 189733b: Những cơn mưa thủy tinh nóng chảy

Từ không gian, HD 189733b có vẻ như là một thế giới đẹp đẽ và yên tĩnh, giống như một viên bi khổng lồ bằng thủy tinh màu xanh lam. Tuy nhiên, vẻ ngoài của các ngoại hành tinh có thể chỉ là sự lừa dối. Và hành tinh khí khổng lồ này chính là một ví dụ, nó hoàn thành quỹ đạo quanh sao mẹ chỉ mất 2,2 ngày. Trên thực tế, màu xanh lam tuyệt đẹp của hành tinh bắt nguồn từ thời tiết chết chóc của nó, đặc biệt là những cơn mưa thủy tinh nóng chảy lan ra trên bề mặt hành tinh.

Ngoại hành tinh này được phát hiện vào năm 2005 bởi cả đài quan sát tia X Chandra của NASA và kính thiên văn XMM Newton của ESA, nó trải qua sức gió khoảng 9.000 km mỗi giờ. Những cơn gió với tốc độ siêu thanh này làm cho những cơn mưa thủy tinh của ngoại hành tinh này bay vòng cung về phía mặt đất thay vì rơi thẳng xuống, đồng thời cuộn lên các hạt silicat, biến chúng thành những đường đạn cực nhỏ.

Tuy nhiên, HD 189733 b không chỉ thú vị đối với các nhà thiên văn học bởi thời tiết bất thường và nguy hiểm của nó. Bầu khí quyển mở rộng này thu được nhiều bức xạ đáng kể từ các sao mẹ nhờ quỹ đạo quá gần, khiến khí quyển của hành tinh khổng lồ này chịu nhiệt độ cao tới 930 độ C. Thực tế là bầu khí quyển của ngoại hành tinh này đang thu nhận rất nhiều bức xạ cường độ cao từ các sao của hệ sao kép HD 189733, có nghĩa là nó đang nhanh chóng bị bốc hơi khỏi không gian. Tuy nhiên, cũng có thể sẽ không có gì biến mất, vì một ngoại hành tinh kì lạ khác chứng minh rằng đôi khi một bầu khí quyển cạn kiệt sẽ có cơ hội thứ hai.

 

Gliese 1132b: Hành tinh tự tạo ra bầu khí quyển thứ hai

Gliese 1132b tương tự Trái Đất ở một số đặc điểm nổi bật. Bán kính của nó chỉ lớn hơn một chút, khối lượng cũng vậy. Ngay cả tuổi của nó - 4,5 tỷ năm tuổi - cũng tương đương với tuổi của hành tinh chúng ta. Nhưng thế giới này có một điểm khác biệt đáng chú ý, nó chuyển động quanh sao mẹ - một sao lùn đỏ - ở khoảng cách gần hơn nhiều, hoàn thành quỹ đạo chỉ trong 1,6 ngày Trái Đất. Sự gần gũi này dẫn đến việc Gliese 1132b có nhiệt độ bề mặt cao hơn nhiều so với hành tinh của chúng ta là 137 độ C, với bức xạ cường độ cao đã tước bỏ đi bầu khí quyển của nó.

Tuy nhiên, các nhà thiên văn học gần đây đã phát hiện ra một điều gì đó phi thường đang xảy ra trên Gliese 1132b. Ảnh hưởng hấp dẫn của sao mẹ - lớn hơn 20% so với Mặt Trời - tạo ra lực triều mạnh mẽ bóp và kéo căng hành tinh. Sự "uốn dẻo" này làm phát sinh hoạt động núi lửa dữ dội và khiến các chất khí đổ xô lên bề mặt nó. Theo NASA, những khí này đang tái tạo lại cho hành tinh một bầu khí quyển thứ hai. Đây là lần đầu tiên các nhà thiên văn học phát hiện ra một chuyện thú vị như thế này, và bầu khí quyển "mọc lại" này sẽ cung cấp cho các nhà địa chất học thiên văn một cơ hội độc đáo để nghiên cứu thành phần hóa học bên trong một ngoại hành tinh một cách gián tiếp.

 

Kepler-10b: Trong một thiên hà xa, rất xa…

Kepler-10b quay quanh quỹ đạo gần với sao mẹ của nó - tương tự như Mặt Trời - ở khoảng cách bằng 1/20 quỹ đạo của Sao Thủy. Điều này dẫn đến quỹ đạo nhỏ hơn một ngày Trái Đất và nhiệt độ bề mặt nóng hơn 1.300 độ C.

Vì Kepler-10b - được phát hiện vào năm 2011 bởi kính thiên văn Kepler - được khóa chặt chẽ với sao mẹ nên nó cũng tạo ra những giọt sắt và silicat nóng chảy. Bề mặt hành tinh có thể được bao phủ bởi dung nham nóng hơn nhiều so với dung nham trên Trái Đất. Bởi vì bức xạ khắc nghiệt từ sao mẹ đã tước đi bầu khí quyển của nó, những giọt chất lỏng này trên Kepler-10b sẽ không rơi xuống mặt ban đêm của hành tinh mà thay vào đó sẽ bị gió sao thổi bay khỏi bề mặt, tạo ra cho nó một cái đuôi bốc lửa.

Kepler-10b không phải là thế giới dung nham duy nhất được phát hiện bởi kính thiên văn Kepler. Năm 2013, Kepler cũng tìm thấy ngoại hành tinh Kepler-78b - gần sao mẹ hơn khoảng cách giữa Sao Thủy với Mặt Trời 40 lần - hoàn thành một quỹ đạo trong vài giờ. Kết quả là một thế giới giống như Trái Đất nhưng được thống trị bởi dung nham đã được nhà thiên văn học Dimitar Sasselov mô tả là "một sự gớm ghiếc".

Với bề mặt dung nham nóng chảy của chúng, không có gì ngạc nhiên khi những ngoại hành tinh này được so sánh với Mustafar, hành tinh trong Star Wars nơi tổ chức cuộc đấu súng giữa Obi-Wan Kenobi và Anakin Skywalker. Dung nham của thế giới hư cấu đó dẫn đến những thương tích ghê gớm cho Jedi trẻ tuổi, buộc anh ta phải mặc bộ giáp đen và mang thiết bị thở đặc trưng của Darth Vader. Có lẽ khi xem xét lựa chọn một hành tinh để tổ chức một cuộc đấu tay đôi đến chết, một nơi nào đó có khí hậu mát mẻ sẽ tốt hơn. May mắn thay, một số ngoại hành tinh có thể cung cấp các điều kiện môi trường hoàn toàn khác nhau.

 

Upsilon Andromeda b: Thế giới của lửa và băng

Upsilon Andromeda b là một ngoại hành tinh khác cũng được khóa với sao chủ của nó, hoàn thành quỹ đạo chỉ trong vòng chưa đầy 5 ngày. Điều khiến hành tinh này - trước đây được gọi là Saffar - trở thành một thế giới khủng khiếp là do sự chênh lệch nhiệt độ giữa hai mặt ban ngày và ban đêm. Trong khi mặt ban ngày có nhiệt độ cao tới 1.600 độ C, mặt ban đêm lại mát mẻ hơn rất nhiều, nhiệt độ xuống thấp tới âm 20 độ C. Điều này có nghĩa là việc vượt qua bán cầu của thế giới này chẳng khác gì nhảy vào một ngọn núi lửa.

Mặc dù đây hoàn toàn không phải là Sao Mộc Nóng được khóa triều duy nhất, nhưng những Sao Mộc Nóng khác mà chúng ta đã phát hiện dường như không có sự chênh lệch nhiệt độ triệt để như vậy giữa 2 mặt. Dựa vào kinh nghiệm nghiên cứu ngoại hành tinh, nguyên nhân có thể là do kích thước khổng lồ của sao mẹ Epsilon Andromedae A, hoặc thực tế là ngôi sao sở hữu một điểm nóng gần như trực tiếp trên lên bề mặt ngoại hành tinh này.

Bây giờ, có thể bạn có ấn tượng rằng tất cả các ngoại hành tinh đều là những thế giới nóng bỏng, khắc nghiệt tồn tại gần với các sao mẹ của chúng. Thực tế là, quỹ đạo của một hành tinh càng gần với sao mẹ thì càng dễ phát hiện ra nó. Điều này có nghĩa là danh mục ngoại hành tinh đang bùng nổ với những ngoại hành tinh lớn có quỹ đạo hẹp. Tuy nhiên, vẫn có một số ngoại lệ đáng chú ý.

 

HR 5183b: Hành tinh roi quất

Về mặt khám phá ngoại hành tinh, HR 5183b - một "Siêu Sao Mộc" có khối lượng gấp 3 lần hành tinh lớn nhất của Hệ Mặt Trời - là độc nhất, vì quỹ đạo của nó rất dẹt và kỳ quái. Theo các nhà thiên văn học tại Caltech, trong khi hầu hết các hành tinh được theo dõi trong hệ có quỹ đạo chủ yếu là gần tròn, thì khối khí khổng lồ này có quỹ đạo hình quả trứng xung quanh sao mẹ HR 5183 của nó.

Các nhà thiên văn học đã phát hiện ra ngoại hành tinh này nhờ sự dao động cực nhỏ mà lực hấp dẫn của nó gây ra đối với sao mẹ, từ đó dẫn đến sự giảm độ sáng. Quá trình đáng kinh ngạc này kéo dài trong 20 năm quan sát với ba kính thiên văn, bao gồm cả đài quan sát WM Keck ở Hawaii. Bất chấp thời gian quan sát dài này, chúng ta vẫn chưa được thấy nó hoàn thành một quỹ đạo hoàn chỉnh, các nhà nghiên cứu ước tính rằng việc này có thể mất từ 45 đến 100 năm Trái Đất - có thể là 74 năm.

Nếu HR 5183b đi theo quỹ đạo của nó trong Hệ Mặt Trời, nó sẽ đi qua gần Mặt Trời hơn Sao Mộc, và sau đó di chuyển đến các rìa bên ngoài của hệ hành tinh chúng ta vượt qua cả Sao Hải Vương. Những quỹ đạo rất dẹt như thế này đã từng được quan sát trước đây, nhưng thường là bởi các hành tinh và các vật thể khác gần với các sao mẹ của chúng hơn nhiều. Nếu sự liên kết lỏng lẻo của HR 5183b với sao mẹ của nó là một điều gì đó đáng ngạc nhiên, thì một số ngoại hành tinh còn đi đến những thái cực xa hơn nữa, tách rời hoàn toàn khỏi sao mẹ để đi lang thang một mình trong vũ trụ.

 

OGLE-2016-BLG-1928: Hành tinh lang thang

Các nhà thiên văn học tin rằng Milky Way có thể chứa đầy những đứa trẻ mồ côi trong vũ trụ - những ngoại hành tinh đã thoát ra khỏi sao mẹ của chúng để đi lang thang một mình. Những hành tinh này được cho là hình thành theo những cách truyền thống xung quanh các ngôi sao, nhưng sau đó bị văng đi do tương tác hấp dẫn với các hành tinh khác.

Bởi vì các ngoại hành tinh thường được phát hiện thông qua tác động của chúng lên sao mẹ, điều này khiến những hành tinh vô gia cư này gần như không thể phát hiện được. Và nó đặc biệt đúng khi chúng là hành tinh đá có kích thước tương tự Trái Đất. Đó là điều khiến cho việc khám phá ra ngoại hành tinh giả mạo OGLE-2016-BLG-1928 khi nó đang lang thang trong thiên hà trở nên đặc biệt. Mặc dù nó không phải là hành tinh lang thang đầu tiên được phát hiện, nhưng nó là hành tinh nhỏ nhất loại đó được phát hiện cho đến nay.

Hành tinh lang thang đã được phát hiện từ các quan sát tại mặt đất vào cuối năm 2020 bằng cách sử dụng một kỹ thuật gọi là vi thấu kính hấp dẫn, dựa trên sự lệch hướng và hội tụ của ánh sáng từ một ngôi sao ở xa khi một vật thể đi qua phía trước nó. Khoảng thời gian thay đổi hình dạng ánh sáng của các nguồn ở xa này tăng theo khối lượng của vật thể đi qua. Sự xáo trộn do OGLE-2016-BLG-1928 gây ra chỉ kéo dài 41 phút, do đó cho các nhà thiên văn biết rằng nó là hành tinh lang thang nhỏ nhất được phát hiện bằng phương pháp này cho đến nay. OGLE-2016-BLG-1928 rất đáng chú ý vì nó không có liên kết với hệ hành tinh, nhưng đối với các ngoại hành tinh khác, chính mối quan hệ này đã tạo nên một điều gì đó đặc biệt.

 

Hệ TOI-178: Trật tự và hỗn loạn

Thoạt nhìn, hệ hành tinh TOI-178 có thể trông giống như bất kỳ hệ nào khác. Nhưng, một quan sát kỹ hơn và kéo dài hơn đã cho thấy rằng ít nhất 5 trong số 6 hành tinh của hệ này bị khóa trong một vũ điệu nhịp nhàng cùng với nhau.

Năm hành tinh phía ngoài tồn tại trong sự cộng hưởng 18: 9: 6: 4: 3. Điều này có nghĩa là hành tinh gần sao mẹ nhất hoàn thành 18 quỹ đạo khi hành tinh thứ hai trong chuỗi hoàn thành 9, hành tinh thứ ba hoàn thành 6, hành tinh thứ tư hoàn thành 4 và hành tinh thứ năm hoàn thành 3 quỹ đạo. Điều này có nghĩa là các hành tinh sắp xếp theo những khoảng thời gian đều đặn khi chúng chuyển động quanh sao mẹ - một sao lùn cam - của chúng. Chuỗi cộng hưởng phức tạp này có khả năng chỉ ra rằng, một hệ hành tinh vẫn có thể không bị xáo trộn bởi các tương tác hấp dẫn hoặc va chạm với các hệ khác kể từ khi hình thành. Điều đó có nghĩa là hệ này có thể đóng vai trò quan trọng trong việc nghiên cứu cách các hệ hành tinh hình thành và phát triển.

Tuy nhiên, nơi chúng ta tìm thấy trật tự trong vũ trụ, cũng thường có cả sự hỗn loạn. Các thành phần của các hành tinh tạo nên hệ TOI-178 không thể hiện sự hài hòa giống như chuyển động của chúng. Bên cạnh một hành tinh tương tự Trái Đất nhưng dày đặc là một hành tinh có mật độ thấp "phồng lên", tiếp đến là một hành tinh có mật độ tương tự như Sao Hải Vương.

 

55 Cancri e: Ngoại hành tinh đắt giá nhất vũ trụ

Một ngoại hành tinh khác chuyển động quanh các sao mẹ của nó, mất dưới 18 giờ để hoàn thành một quỹ đạo, 55 Cancri e cũng rất nóng - đạt nhiệt độ 2.300 độ C. Nhưng điều thực sự khiến hành tinh này trở nên khác biệt là thành phần của nó, khiến nó, chính thức được gọi tên là Janssen, trở thành vật thể có giá trị quy ước nhất trong vũ trụ.

Thực tế là 55 Cancri e có kích thước gấp đôi Trái Đất, nhưng có khối lượng gần gấp 9 lần, khiến các nhà thiên văn học đề xuất rằng Siêu Trái Đất này có thể bao gồm carbon áp suất cao ở dạng than chì và kim cương trộn với một số sắt và các chất khác. Giá trị của 55 Cancri e được ước tính gấp 384 triệu lần so với Tổng sản phẩm quốc nội (GDP) của Trái Đất, vốn được định giá 70 nghìn tỷ USD vào năm 2011. Một số nhà vật lý thiên văn cho rằng những hành tinh kim cương như vậy có thể hình thành khá đều đặn khi các đám mây bụi tiền hành tinh chứa tỷ lệ carbon cao sụp đổ để tạo thành hành tinh.

Ý tưởng cho rằng 55 Cancri e được làm bằng kim cương đã bị thách thức kể từ khi ngoại hành tinh này lần đầu tiên được phát hiện vào năm 2004, có cả đồng tình và phản đối, chứng tỏ kim cương có thể không tồn tại mãi mãi. Tuy nhiên, bất chấp tất cả những sự khắc nghiệt này, các ngoại hành tinh kỳ lạ nhất vẫn đang ở ngoài đó để chúng ta khám phá, và chúng có thể tồn tại trong những hệ hành tinh mà chúng ta chưa từng gặp trước đây.

 

Blanet: Các ngoại hành tinh chuyển động quanh lỗ đen

Các ngoại hành tinh kì lạ nhất có thể không hình thành xung quanh những ngôi sao mà là quanh các lỗ đen siêu nặng. Các hành tinh hình thành từ sự sụp đổ hấp dẫn của những khu vực quá dày đặc của các đám mây bụi tiền hành tinh và các lỗ đen siêu nặng ở các nhân thiên hà hoạt động (AGN). Hiện tại, chưa có bằng chứng nào cho thấy các hành tinh chuyển động quanh lỗ đen thực sự tồn tại, nhưng nghiên cứu gần đây đã mô hình hóa cơ chế động lực học của các đĩa khí và bụi này và cho thấy rằng trong một số điều kiện nhất định, sự hình thành hành tinh sẽ xảy ra ở những vùng như vậy. Nếu quá trình đó xảy ra, các blanet sẽ hình thành xa lỗ đen hơn nhiều so với khoảng cách của hầu hết các hành tinh đối với ngôi sao mẹ của chúng. Trên thực tế, có thể sẽ xa đến mức phải mất đến hàng triệu năm để một hành tinh như vậy hoàn thành quỹ đạo.

Bức xạ từ các AGN có thể giúp cung cấp liên tục nguồn nguyên liệu mới cho quá trình hình thành blanet, với kết quả của việc này là sự hình thành một cuộc đua mà trong đó các blanet có thể đạt đến kích thước lớn hơn nhiều so với các ngoại hành tinh "thông thường". Các hành tinh này sẽ ít có khả năng chia sẻ những điểm tương đồng với Trái Đất hay Sao Mộc, có nghĩa là sẽ có các lớp vật thể thiên văn hoàn toàn mới vượt xa tưởng tượng.

Với việc AGN gần nhất tồn tại vượt quá giới hạn của các cuộc khảo sát ngoại hành tinh hiện nay, việc phát hiện ra các blanet sẽ còn cần rất nhiều thời gian. Cho đến lúc đó, thiên văn học sẽ cung cấp một loạt các khám phá ngoại hành tinh thách thức sự hiểu biết ngày càng tăng của chúng ta về vũ trụ và xác định lại vị trí của chúng ta ở trong đó.

Minh Phương
Theo Live Science