Việc tìm kiếm các ngoại hành tinh - các hành tinh chuyển động quanh các ngôi sao nằm bên ngoài biên giới Hệ Mặt Trời của chúng ta - là một chủ đề “hot” trong vật lý thiên văn. Trong số nhiều loại ngoại hành tinh khác nhau, có một loại “hot” (nóng) theo đúng nghĩa đen: đó là Sao Mộc nóng, một loại ngoại hành tinh tương tự về mặt vật lý với Sao Mộc - hành tinh khí khổng lồ gần chúng ta.
Không giống như Sao Mộc “của chúng ta”, các Sao Mộc nóng chuyển động trên quỹ đạo rất gần các ngôi sao của chúng, hoàn thành một vòng quỹ đạo chỉ trong vài ngày hay thậm chí vài giờ, và - cũng như tên gọi - chúng có nhiệt độ bề mặt cực cao. Những Sao Mộc nóng này có sức hấp dẫn lớn với cộng đồng vật lý thiên văn. Tuy nhiên, cũng rất khó để nghiên cứu chúng vì ánh sáng từ ngôi sao mẹ gần đó khiến chúng khó được phát hiện.
Trong một nghiên cứu gần đây được công bố trên tạp chí Nature Astronomy, các nhà khoa học đã phát hiện ra một hệ bao gồm hai thiên thể nằm cách nhau khoảng 1400 năm ánh sáng, mang đến cơ hội tuyệt vời để nghiên cứu bầu khí quyển của Sao Mộc nóng, cũng như nâng cao hiểu biết của chúng ta về sự tiến hóa của hành tinh và sao.
Việc phát hiện ra hệ hai thiên thể này - một hệ với nhiệt độ khắc nghiệt nhất trong những hệ cùng loại được biết đến cho đến nay - được thực hiện thông qua phân tích dữ liệu quang phổ được thu thập bởi Kính thiên văn Rất Lớn (Very Large Telescope / VLT) của Đài thiên văn quan sát Nam Bán cầu của châu Âu (European Southern Observatory - ESO) ở Chile.
“Chúng tôi đã xác định được một thiên thể giống như một Sao Mộc nóng quanh một ngôi sao, nó là thiên thể nóng nhất thuộc loại này được tìm thấy cho đến nay, nóng hơn khoảng 2000 độ so với bề mặt của Mặt Trời”. Tiến sĩ Na'ama Hallakoun, tác giả chính của nghiên cứu, là nghiên cứu sinh sau tiến sĩ ở nhóm của tiến sĩ Sagi Ben-Ami tại Khoa Vật lý Hạt và Vật lý Thiên văn thuộc Viện Khoa học Weizmann cho biết.
Tiến sĩ Na'ama Hallakoun cho biết thêm rằng, không giống như các hành tinh dạng Sao Mộc nóng bị che khuất bởi ánh sáng từ sao mẹ, thiên thể này có thể được nhìn thấy và nghiên cứu bởi nó rất lớn so với sao mẹ mà nó chuyển động quanh, và ngôi sao này cũng mờ hơn 10.000 lần so với một ngôi sao bình thường. “Điều này làm cho nó trở thành một đối tượng thí nghiệm hoàn hảo cho các nghiên cứu tương lai về những điều kiện khắc nghiệt của Sao Mộc nóng”.
Là phần mở rộng của nghiên cứu đã thực hiện vào năm 2017 với sự hướng dẫn của Giáo sư Dan Maoz tại Đại học Tel Aviv, khám phá mới của Hallakoun có thể giúp hiểu rõ hơn về các Sao Mộc nóng, cũng như sự tiến hóa của các sao trong các hệ kép.
Sao lùn nâu hành xử giống như Mặt Trăng
Hệ kép mà Hallakoun và các đồng nghiệp phát hiện bao gồm hai thiên thể đều được gọi là “sao lùn”, nhưng chúng rất khác nhau về bản chất. Một là “sao lùn trắng”, tàn dư của một ngôi sao giống như Mặt Trời sau khi nó cạn kiệt nhiên liệu hạt nhân. Thiên thể còn lại, không phải hành tinh hay ngôi sao, mà là một “sao lùn nâu” - thuộc một nhóm thiên thể có khối lượng nằm giữa khối lượng của một hành tinh khí khổng lồ như Sao Mộc và một ngôi sao nhỏ.
Các sao lùn nâu đôi khi được gọi là những “sao thất bại” vì chúng không đủ khối lượng để kích hoạt các phản ứng tổng hợp hydro. Tuy nhiên, không giống như các hành tinh khí khổng lồ, các sao lùn nâu đủ nặng để tồn tại dưới “sự kéo” bởi lực hấp dẫn từ các sao đồng hành của chúng.
“Lực hấp dẫn của các ngôi sao có thể khiến các thiên thể thể ở quá gần bị vỡ ra, nhưng sao lùn nâu này có mật độ cao, với khối lượng 80 lần khối lượng Sao Mộc bị nén vào kích thước của Sao Mộc,” Hallakoun nói. “Điều này cho phép nó tồn tại nguyên vẹn và tạo thành một hệ kép ổn định.”
Khi một hành tinh ở rất gần ngôi sao của nó, các lực hấp dẫn khác nhau tác động lên phía gần và phía xa của hành tinh có thể khiến chu kỳ quỹ đạo và chu kỳ tự quay của hành tinh trở nên đồng bộ. Hiện tượng này, được gọi là “khóa triều” (hay khóa thủy triều), sẽ khóa vĩnh viễn một mặt của hành tinh hướng về phía ngôi sao, tương tự như một mặt của Mặt Trăng luôn hướng về phía Trái Đất, trong khi mặt còn lại, còn gọi là “mặt tối” sẽ nằm ngoài tầm nhìn. Khóa thủy triều dẫn đến chênh lệch nhiệt độ cực lớn giữa bán cầu “ban ngày” bị bắn phá bởi bức xạ trực tiếp từ ngôi sao và bán cầu “ban đêm” luôn hướng ra bên ngoài, nhận được lượng bức xạ nhỏ hơn nhiều.
Bức xạ mạnh từ các ngôi sao của chúng khiến cho nhiệt độ bề mặt của các Sao Mộc nóng cực cao, và các tính toán của Hallakoun cùng các đồng nghiệp cho hệ kép sao lùn trắng - sao lùn nâu này cho thấy mọi thứ có thể nóng đến mức nào. Phân tích độ sáng của ánh sáng do hệ này phát ra, họ có thể xác định nhiệt độ bề mặt của sao lùn nâu ở cả hai bán cầu.
Họ phát hiện ra rằng, bán cầu ban ngày có nhiệt độ từ 7250 đến 9800 Kelvin (khoảng 7000 đến 9500 độ C), nóng bằng một ngôi sao loại A - những ngôi sao có thể nặng gấp đôi Mặt Trời - và nóng hơn hơn bất kỳ hành tinh khổng lồ nào được biết đến cho tới nay. Nhiệt độ của bán cầu ban đêm là từ 1300 đến 3000 Kelvin (khoảng 1000 và 2700 độ C), dẫn đến chênh lệch nhiệt độ cực lớn khoảng 6000 độ giữa hai bán cầu.
Một cái nhìn hiếm hoi vào một khu vực chưa được khám phá
Hallakoun nói rằng hệ mà bà và các đồng nghiệp phát hiện mang đến cơ hội nghiên cứu tác động của bức xạ cực tím cực mạnh lên bầu khí quyển của các hành tinh. Bức xạ như vậy đóng một vai trò quan trọng trong nhiều môi trường vật lý thiên văn khác nhau, từ các vùng hình thành sao, các đĩa khí nguyên thủy nơi các hành tinh được hình thành xung quanh các ngôi sao, cho đến khí quyển của chính các hành tinh. Bức xạ mạnh này là bức xạ có thể dẫn đến sự bốc hơi khí và phá vỡ các phân tử, có thể có tác động đáng kể đến quá trình tiến hóa của cả sao và hành tinh. Nhưng đó không phải là tất cả.
“Chỉ một triệu năm kể từ khi sao lùn trắng hình thành trong hệ này - một khoảng thời gian rất nhỏ trong thang thời gian thiên văn - chúng ta đã có được một cái nhìn hiếm hoi về giai đoạn đầu của loại hệ kép này”. Hallakoun nói. Bà cho biết thêm rằng trong khi sự tiến hóa của các sao riêng lẻ được biết khá rõ, thì sự tiến hóa của các hệ kép tương tác với nhau vẫn chưa được hiểu rõ.
“Các Sao Mộc nóng khác hoàn toàn với các hành tinh có thể sống được - chúng là nơi quá khắc nghiệt đối với sự sống”. Hallakoun nói. “Các quan sát quang phổ với độ phân giải cao trong tương lai của hệ này – trong điều kiện lý tưởng nếu được thực hiện với Kính thiên văn Không gian James Webb mới của NASA - có thể cho biết điều kiện bức xạ cao và nóng tác động như thế nào đến cấu trúc khí quyển, điều này có thể giúp chúng ta hiểu thêm về các ngoại hành tinh ở những nơi khác trong vũ trụ.”
Gia Linh
Theo Phys.org
