Trong quá trình tìm kiếm các ngoại hành tinh có thể sống được, điều kiện khí quyển đóng vai trò then chốt trong việc xác định liệu một hành tinh có thể duy trì nước ở trạng thái lỏng hay không. Những ứng viên phù hợp thường nằm trong "vùng Goldilocks" - khoảng cách không quá gần cũng không quá xa so với sao chủ, đủ để nước lỏng tồn tại trên bề mặt.
Với sự tham gia của Kính thiên văn không gian James Webb (JWST), các nhà thiên văn đang thu thập dữ liệu quan sát chi tiết về khí quyển của các ngoại hành tinh, từ đó xác định những ngoại hành tinh nào là ứng viên tiềm năng cho các nghiên cứu sâu hơn.
Trong một bài báo vừa được công bố trên The Astrophysical Journal Letters, các nhà thiên văn đã sử dụng JWST để quan sát kỹ hơn khí quyển của ngoại hành tinh TRAPPIST-1e, nằm trong hệ TRAPPIST-1. Mặc dù họ chưa phát hiện được bằng chứng xác thực về thành phần khí quyển - hoặc thậm chí hành tinh này có khí quyển hay không, họ đã có thể loại trừ một số khả năng nhất định.
"Ý tưởng đặt ra là: Nếu chúng ta giả định rằng hành tinh không hoàn toàn thiếu không khí, liệu chúng ta có thể giới hạn được các kịch bản khí quyển khác nhau không? Và liệu các kịch bản đó còn cho phép nước lỏng tồn tại trên bề mặt hay không?" - theo Ana Glidden, nghiên cứu sinh sau tiến sĩ tại Khoa Khoa học Trái Đất, Khí quyển và Hành tinh của MIT (EAPS) và Viện Vật lý Thiên văn và Nghiên cứu Không gian Kavli thuộc MIT, đồng thời là tác giả chính của bài báo. Câu trả lời mà họ tìm được là: Có.
Dữ liệu mới loại trừ khả năng tồn tại một bầu khí quyển giàu hydro, và đưa ra các giới hạn chặt chẽ hơn đối với những điều kiện khí quyển có thể hình thành qua quá trình thứ cấp như các vụ phun trào núi lửa và quá trình thoát khí từ phía trong hành tinh. Các dữ liệu đủ nhất quán để vẫn giữ khả năng tồn tại một đại dương trên bề mặt.
“TRAPPIST-1e vẫn là một trong những hành tinh trong vùng sống được hấp dẫn nhất mà chúng ta từng biết đến, và những kết quả mới này đưa chúng ta tiến thêm một bước để hiểu rõ hơn về thế giới đó,” theo Sara Seager, Giáo sư Khoa học Hành tinh tại MIT, đồng tác giả của nghiên cứu. “Bằng chứng cho thấy hành tinh này không có bầu khí quyển giống Sao Kim hay Sao Hỏa đã giúp chúng ta tập trung hơn vào những kịch bản còn lại.”
Các đồng tác giả của nghiên cứu còn có các nhà khoa học đến từ Đại học Arizona, Đại học Johns Hopkins, Đại học Michigan, Viện Khoa học Kính thiên văn Không gian, và các thành viên của nhóm JWST-TST DREAMS.
Quan sát cải tiến
Khí quyển của các ngoại hành tinh được nghiên cứu thông qua kỹ thuật gọi là quang phổ quá cảnh. Khi một hành tinh đi qua phía trước sao chủ của nó, ánh sáng từ ngôi sao được lọc qua khí quyển hành tinh. Bằng cách quan sát sự thay đổi ánh sáng ở các bước sóng khác nhau, các nhà thiên văn có thể xác định được các phân tử có mặt trong khí quyển.
“Mỗi phân tử có một phổ đặc trưng riêng biệt. Bạn có thể so sánh dữ liệu quan sát với các dấu hiệu đó để xác định phân tử nào có thể xuất hiện,” Glidden giải thích.
JWST có dải bước sóng rộng hơn và độ phân giải phổ cao hơn so với tiền nhiệm của nó là Kính thiên văn không gian Hubble, cho phép quan sát các phân tử như carbon dioxide và methane vốn phổ biến trong Hệ Mặt Trời của chúng ta. Tuy nhiên, các quan sát cải tiến cũng đã làm nổi bật những nhiễu loạn từ sao chủ, khi các biến đổi nhiệt độ từ các hiện tượng như vết đen của sao hoặc bão sao (tương tự như vết đen và bão Mặt Trời) làm phức tạp việc diễn giải dữ liệu.
"Hoạt động của sao chủ can thiệp mạnh vào việc giải thích dữ liệu về hành tinh, bởi chúng ta chỉ có thể quan sát khí quyển tiềm năng thông qua ánh sáng sao," Glidden nói. "Việc tách biệt các tín hiệu đến từ sao và từ hành tinh là một thách thức thực sự."
Loại trừ các điều kiện khí quyển
Nhóm nghiên cứu đã sử dụng một phương pháp mới để giảm thiểu tác động của hoạt động sao. Kết quả là, "bất kỳ tín hiệu nào thay đổi giữa các lần quan sát có khả năng cao đến từ sao chủ, trong khi tín hiệu nhất quán giữa các lần quan sát rất có thể đến từ hành tinh," Glidden cho biết.
Các nhà nghiên cứu sau đó đã so sánh kết quả với một số kịch bản khí quyển có thể xảy ra. Họ phát hiện rằng các khí quyển giàu carbon dioxide, giống như của Sao Hỏa và Sao Kim, là không có khả năng, trong khi một khí quyển ấm và giàu nitrogen (nitơ) tương tự như của vệ tinh Titan của Sao Thổ vẫn còn là một khả năng. Tuy nhiên, bằng chứng vẫn còn quá yếu để xác định liệu khí quyển có tồn tại hay không, chứ chưa nói đến việc phát hiện ra loại khí cụ thể nào.
"Với các quan sát ban đầu, chúng tôi đã chứng minh được những tiến bộ của JWST. Chương trình theo dõi của chúng tôi sẽ giúp làm rõ hơn hiểu biết về một trong những hành tinh trong vùng sống được hấp dẫn nhất," Glidden nói.
R.T
Theo Phys.org
