Kính thiên văn không gian James Webb của NASA/ESA/CSA đã cung cấp những phép đo trực tiếp đầu tiên về các đặc tính hóa học và vật lý của một đĩa được cho là tiền vệ tinh bao quanh một ngoại hành tinh lớn.
Đĩa giàu carbon này bao quanh hành tinh có tên là CT Cha b, nằm cách Trái Đất 625 năm ánh sáng, được cho là một “công trường xây dựng” tiềm năng cho các vệ tinh, mặc dù chưa phát hiện trực tiếp vệ tinh nào trong dữ liệu được thu thập bởi Webb.
Hệ Mặt Trời của chúng ta có tám hành tinh chính và hơn 400 vệ tinh đã biết đang có quỹ đạo quanh sáu trong số đó. Vậy tất cả những vệ tinh đó đến từ đâu? Có nhiều cơ chế hình thành khác nhau. Trường hợp của các vệ tinh lớn như bốn vệ tinh Galileo quanh Sao Mộc là chúng hình thành từ một đĩa bụi và khí bao quanh hành tinh này khi nó mới được hình thành. Tuy nhiên, điều đó đã xảy ra hơn 4 tỷ năm trước, và ngày nay chỉ còn rất ít bằng chứng gián tiếp.
Giờ đây, Webb đã cung cấp cái nhìn trực tiếp đầu tiên về vật chất trong một đĩa bao quanh một ngoại hành tinh lớn. Một nhóm các nhà thiên văn học quốc tế đã phát hiện ra một đĩa giàu carbon bao quanh CT Cha b.
Ngôi sao trẻ mà hành tinh này có quỹ đạo quanh chỉ mới 2 triệu năm tuổi và vẫn đang hút vật chất từ đĩa tiền hành tinh. Tuy nhiên, đĩa quanh hành tinh mà Webb phát hiện không thuộc về đĩa vật chất lớn hơn quanh ngôi sao trung tâm. Khoảng cách giữa hai đối tượng này lên tới 74 tỷ km.
Việc quan sát sự hình thành hành tinh và vệ tinh là chìa khóa để hiểu được quá trình tiến hóa của các hệ hành tinh trong toàn bộ thiên hà của chúng ta. Vệ tinh có thể nhiều hơn hành tinh, và một số có thể là nơi tồn tại sự sống mà chúng ta biết. Tuy nhiên, chúng ta mới chỉ bước vào thời kỳ có khả năng quan sát quá trình hình thành đó.
Phát hiện này góp phần cải thiện đáng kể hiểu biết của chúng ta về sự hình thành hành tinh và vệ tinh, theo lời các nhà nghiên cứu. Dữ liệu của Webb là tài nguyên vô giá để so sánh với sự ra đời của Hệ Mặt Trời cách đây hơn 4 tỷ năm.
“Chúng tôi có thể thấy bằng chứng về đĩa bao quanh hành tinh đồng hành, và đây là lần đầu tiên chúng tôi có thể nghiên cứu thành phần hóa học của nó. Chúng tôi không chỉ chứng kiến sự hình thành của vệ tinh mà còn đang chứng kiến cả sự hình thành của chính hành tinh này,” Sierra Grant, đồng tác giả của nghiên cứu, thuộc Viện Khoa học Carnegie, Washington D.C., Hoa Kỳ, cho biết.
“Chúng tôi đang quan sát vật chất bồi tụ để tạo nên hành tinh và các vệ tinh,” tác giả chính Gabriele Cugno từ Đại học Zurich, Thụy Sĩ và là thành viên của Trung tâm nghiên cứu quốc gia về năng lực nghiên cứu hành tinh (NCCR PlanetS, Thụy Sĩ) cho biết. Nghiên cứu đã được công bố trên The Astrophysical Journal Letters.
Giải mã ánh sáng sao
Các quan sát hồng ngoại về CT Cha b được thực hiện bằng MIRI (thiết bị trung hồng ngoại) của Webb, sử dụng phổ kế có độ phân giải trung bình. Một cái nhìn sơ bộ vào dữ liệu lưu trữ của Webb đã cho thấy dấu hiệu của các phân tử trong đĩa quanh hành tinh, từ đó thúc đẩy nhóm nghiên cứu đào sâu hơn vào dữ liệu. Vì tín hiệu mờ nhạt của hành tinh bị lẫn trong ánh sáng chói lóa từ ngôi sao trung tâm, các nhà khoa học đã phải tách riêng ánh sáng của hành tinh ra khỏi ánh sáng của sao bằng các phương pháp tương phản cao.
“Chúng tôi đã nhìn thấy các phân tử tại vị trí của hành tinh, vì vậy chúng tôi biết rằng có những điều đáng để khám phá ở đó - và đã dành ra một năm để khai thác dữ liệu. Điều này thật sự đòi hỏi sự kiên nhẫn,” Grant nói.
Cuối cùng, nhóm nghiên cứu đã phát hiện bảy phân tử chứa carbon trong đĩa của hành tinh, bao gồm acetylene (C₂H₂) và benzene (C₆H₆). Thành phần hóa học giàu carbon này hoàn toàn tương phản với thành phần hóa học của đĩa quanh ngôi sao trung tâm, nơi chỉ phát hiện nước mà không có carbon. Sự khác biệt giữa hai đĩa là bằng chứng cho thấy quá trình tiến hóa hóa học đã diễn ra rất nhanh chỉ trong vòng 2 triệu năm.
Nguồn gốc của các vệ tinh
Một đĩa bụi và khí bao quanh hành tinh từ lâu đã được giả thuyết là nơi khai sinh bốn vệ tinh lớn của Sao Mộc. Những vệ tinh Galileo này hẳn đã hình thành từ một đĩa dạng phẳng như vậy hàng tỷ năm trước, điều này thể hiện rõ qua các quỹ đạo đồng phẳng của chúng quanh Sao Mộc. Hai vệ tinh xa nhất - Ganymede và Callisto - chứa khoảng 50% là băng nước, nhưng được cho là có lõi đá, có thể cấu thành từ carbon hoặc silic.
“Chúng tôi muốn tìm hiểu thêm về cách mà Hệ Mặt Trời của chúng ta đã hình thành các vệ tinh. Điều này có nghĩa là chúng ta cần quan sát các hệ khác vẫn đang trong quá trình hình thành. Chúng tôi đang cố gắng tìm hiểu toàn bộ cơ chế của quá trình này,” Cugno nói. “Các vệ tinh hình thành như thế nào? Thành phần nguyên liệu là gì? Những quá trình vật lý nào đang diễn ra và trong khoảng thời gian nào? Webb cho phép chúng ta chứng kiến tận mắt quá trình hình thành vệ tinh và lần đầu tiên có thể nghiên cứu những câu hỏi này bằng quan sát thực tế.”
Trong năm tới, nhóm nghiên cứu sẽ sử dụng Webb để tiến hành một khảo sát toàn diện về các vật thể tương tự, nhằm hiểu rõ hơn sự đa dạng về đặc điểm vật lý và hóa học trong các đĩa quanh những hành tinh trẻ.
Bryan
Theo ESA
