Kính thiên văn không gian James Webb (JWST) đã phát hiện một ngoại hành tinh xa xôi mà lẽ ra không thể tồn tại. Siêu Trái Đất siêu nóng này, mang tên TOI-561 b, được bao phủ bởi một bầu khí quyển dày gồm khí nóng, bao trùm một hành tinh có đại dương dung nham sôi sục.
Các nhà thiên văn học đã ngạc nhiên trước nhiều đặc điểm của “hành tinh địa ngục” này, vốn không phù hợp với những gì chúng ta từng tìm thấy ở nơi khác trong vũ trụ. Phát hiện này có thể định hình lại hiểu biết của chúng ta về các kiểu hành tinh có thể hình thành và tiến hóa.
“Điều thực sự thú vị là bộ dữ liệu mới này đang mở ra nhiều câu hỏi hơn là đưa ra câu trả lời,” tác giả chính của nghiên cứu Johanna Teske, nhà khoa học tại Phòng thí nghiệm Trái Đất và Hành tinh của Carnegie Science ở Washington D.C., cho biết trong một tuyên bố của NASA.
Nóng, gần sao chủ và bị khóa triều
TOI-561 b nằm cách Trái Đất khoảng 280 năm ánh sáng trong chòm sao Sextans, và có bán kính lớn hơn Trái Đất khoảng 1,4 lần. Hành tinh này quay quanh một ngôi sao nhỏ hơn và mát hơn Mặt Trời của chúng ta một chút theo chu kỳ chỉ 11 giờ. Điều này đưa nó vào một nhóm hiếm các ngoại hành tinh được gọi là các ngoại hành tinh có chu kỳ cực ngắn, theo NASA.
Hành tinh này có quỹ đạo rất gần sao chủ, chỉ bằng 1/40 khoảng cách giữa Sao Thủy và Mặt Trời. Điều đó có nghĩa là nó “bị khóa triều” (khóa thủy triều), khiến nó luôn quay một mặt hướng về sao chủ - tương tự như cách Mặt Trăng bị khóa triều với Trái Đất. Những hành tinh bị khóa triều như vậy có một nửa luôn là ban ngày và một nửa luôn là ban đêm.
Quá nhẹ, quá mát, quá nhiều khí quyển
Hành tinh địa ngục xa xôi này gây bối rối cho các nhà nghiên cứu theo nhiều cách.
Trước hết, nó có mật độ thấp bất thường. Điều này có khả năng là do nó hình thành theo cách rất khác so với các hành tinh mà chúng ta quen thuộc.
“TOI-561 b nổi bật trong số các hành tinh có chu kỳ cực ngắn ở chỗ nó quay quanh một ngôi sao rất già (gấp đôi tuổi Mặt Trời), nghèo sắt, trong một vùng của thiên hà Milky Way được gọi là đĩa dày,” Teske nói. “Nó hẳn đã hình thành trong một môi trường hóa học rất khác so với các hành tinh trong Hệ Mặt Trời của chúng ta.”
Tuy nhiên, điều bất ngờ lớn hơn xuất hiện khi các nhà nghiên cứu quan sát bằng JWST. Máy quang phổ cận hồng ngoại NIRSpec của JWST đã xác định nhiệt độ mặt ban ngày của hành tinh bằng cách đo mức suy giảm ánh sáng của hành tinh khi nó đi ra phía sau sao chủ. Dựa trên loại sao mà nó quay quanh và khoảng cách quỹ đạo, nhiệt độ lẽ ra phải lên tới 2.700 độ C nếu hành tinh chỉ là một khối đá trơ trụi. Thế nhưng, TOI-561 b chỉ cho thấy nhiệt độ khoảng 1.800 độ C.
Nhóm nghiên cứu đã kiểm tra rồi loại bỏ hàng loạt lời giải thích cho nhiệt độ mát bất thường này. Không giả thuyết nào giải thích được sự chênh lệch, ngoại trừ một khả năng: hành tinh có một bầu khí quyển dày.
Ánh sáng từ JWST cho thấy độ sáng của hành tinh trong vùng cận hồng ngoại khi nó đi ra phía sau sao chủ. Nhiệt độ thấp hơn nhiều so với dự đoán cho thấy nó có một bầu khí quyển dày, giàu các chất dễ bay hơi và hợp chất hóa học. (Minh họa: NASA, ESA, CSA, Ralf Crawford (STScI); Thông số khoa học: Johanna Teske (Phòng thí nghiệm khoa học Trái Đất và hành tinh Carnegie), Anjali Piette (Đại học Birmingham), Tim Lichtenberg (Groningen), Nicole Wallack (Phòng thí nghiệm khoa học Trái Đất và hành tinh Carnegie)).
Điều này trái lại với trông đợi của họ. Những hành tinh đã quay rất gần sao chủ trong thời gian dài như vậy được cho là không thể giữ được khí quyển, bởi hàng tỷ năm bức xạ từ sao chủ lẽ ra đã thổi bay nó. Vậy TOI-561 b đã giữ được khí quyển bằng cách nào?
Theo đồng tác giả nghiên cứu Tim Lichtenberg, nhà thiên văn học tại Đại học Groningen (Hà Lan), bầu khí quyển này hẳn phải chứa nhiều hợp chất dễ bay hơi hơn so với khí quyển Trái Đất.
Điều đó sẽ tạo ra các luồng gió mạnh vận chuyển nhiệt từ mặt ngày sang mặt đêm vĩnh viễn của hành tinh. Một bầu khí quyển cũng sẽ cung cấp hơi nước có thể hấp thụ một phần bước sóng cận hồng ngoại trước khi ánh sáng này đi xuyên qua khí quyển và vào các thiết bị của JWST. Ngoài ra, các đám mây sáng chứa silicat - một thành phần chính của đá trên Trái Đất - cũng có thể phản xạ ánh sáng sao, theo đồng tác giả Anjali Piette, nhà thiên văn học tại Đại học Birmingham (Vương quốc Anh).
“Chúng tôi thực sự cần một bầu khí quyển dày, giàu các chất dễ bay hơi để giải thích toàn bộ các quan sát,” Piette nói.
Nhóm nghiên cứu đã công bố kết quả vào ngày 11 tháng 12 trên The Astrophysical Journal Letters.
Một trong những sứ mệnh cốt lõi của JWST là tìm kiếm và đặc trưng hóa khí quyển của các ngoại hành tinh, bởi (theo hiểu biết hiện tại của chúng ta) khí quyển là điều kiện tiên quyết cho sự sống. Mặc dù khả năng hành tinh địa ngục sôi sục này có thể ở được là cực kỳ thấp, việc nghiên cứu khí quyển của nó bằng JWST có thể giúp các nhà khoa học hiểu rõ hơn cách khí quyển hành tinh hình thành, cũng như cách sử dụng hiệu quả nhất kính thiên văn mạnh mẽ này để tìm kiếm bằng chứng về sự sống ngoài Trái Đất.
Bryan
Theo Livescience
