Một ngoại hành tinh xa xôi dường như sở hữu một bầu khí quyển phủ đầy muội than, khiến các nhà khoa học vừa phát hiện ra nó không khỏi kinh ngạc.
Thế giới có kích thước tương đương Sao Mộc này, được phát hiện nhờ kính thiên văn không gian James Webb (JWST), không có tổ hợp helium-hydrogen quen thuộc như trong các bầu khí quyển của Hệ Mặt Trời, cũng như không chứa các phân tử phổ biến khác như nước, methane hay carbon dioxide.
Thay vào đó, hành tinh này dường như có các đám mây muội than gần phía trên của khí quyển, và sâu hơn bên trong, chúng ngưng tụ thành kim cương. Kiểu khí quyển hỗn hợp của helium và carbon này chưa từng được quan sát trên bất kỳ hành tinh nào khác. Điều còn kỳ lạ hơn là sao chủ của nó thậm chí không phải là một ngôi sao “bình thường”.
“Đây thực sự là một bất ngờ hoàn toàn,” đồng tác giả nghiên cứu Peter Gao, nhà khoa học tại Phòng thí nghiệm Trái Đất và Hành tinh của Carnegie, cho biết. “Tôi nhớ sau khi chúng tôi nhận được dữ liệu, phản ứng chung của cả nhóm là: ‘Cái quái gì thế này?’ Nó hoàn toàn khác so với những gì chúng tôi mong đợi.”
“Mặt Trời” neutron
Các nhà nghiên cứu đã khảo sát môi trường kỳ dị của hành tinh, có tên PSR J2322-2650b, trong một bài báo được công bố hôm thứ Ba, 16/12 trên The Astrophysical Journal Letters. Mặc dù hành tinh này đã được phát hiện bằng một khảo sát kính thiên văn vô tuyến từ năm 2017, phải đến khi JWST (phóng năm 2021) đi vào hoạt động với khả năng quan sát sắc nét hơn, các nhà khoa học mới có thể nghiên cứu môi trường của PSR J2322-2650b từ khoảng cách 750 năm ánh sáng.
PSR J2322-2650b có quỹ đạo quanh một pulsar. Pulsar là các sao neutron quay rất nhanh. Chúng là lõi siêu đặc của những ngôi sao đã phát nổ thành supernova, phát ra bức xạ dưới dạng các xung ngắn, đều đặn, chỉ có thể quan sát được khi các chùm bức xạ điện từ giống như ngọn hải đăng của chúng hướng thẳng về phía Trái Đất. (Bản thân điều này đã rất kỳ lạ, bởi không có pulsar nào khác được biết đến là có hành tinh khí khổng lồ, và nhìn chung chỉ có rất ít pulsar có hành tinh, theo nhóm nghiên cứu.)
Các thiết bị hồng ngoại trên JWST thực tế không thể “nhìn thấy” pulsar này, bởi nó phát ra tia gamma năng lượng cao. Tuy nhiên, sự “mù lòa” của JWST đối với pulsar lại trở thành một lợi thế, vì các nhà khoa học có thể dễ dàng khảo sát hành tinh đồng hành PSR J2322-2650b để tìm hiểu môi trường của nó.
“Hệ này là độc nhất vô nhị, vì chúng tôi có thể quan sát hành tinh được chiếu sáng bởi sao chủ của nó, nhưng lại không nhìn thấy sao chủ chút nào,” đồng tác giả Maya Beleznay, nghiên cứu sinh tiến sĩ vật lý tại Đại học Stanford, cho biết. “Chúng tôi có thể nghiên cứu hệ này chi tiết hơn so với các ngoại hành tinh thông thường.”
Bí ẩn hình thành
Nguồn gốc của PSR J2322-2650b vẫn là một câu đố. Hành tinh này chỉ cách sao chủ khoảng một triệu dặm (1,6 triệu km) - gần hơn gần 100 lần so với khoảng cách giữa Trái Đất và Mặt Trời. Điều này càng kỳ lạ hơn khi xét rằng các hành tinh khí khổng lồ trong Hệ Mặt Trời nằm xa hơn rất nhiều - chẳng hạn, Sao Mộc cách Mặt Trời khoảng 484 triệu dặm (778 triệu km).
Hành tinh này quay quanh sao chủ theo chu kỳ chỉ 7,8 giờ và có hình dạng giống quả chanh, do lực hấp dẫn cực mạnh của pulsar kéo giãn nó. Thoạt nhìn, PSR J2322-2650b dường như có thể có kịch bản hình thành tương tự các hệ “góa phụ đen” (black widow), nơi một ngôi sao tương tự Mặt Trời nằm cạnh một pulsar nhỏ.
Trong các hệ goá phụ đen, pulsar “nuốt chửng” hoặc bào mòn ngôi sao lân cận, tương tự hành vi ăn thịt bạn tình của loài nhện goá phụ đen. Điều này xảy ra vì ngôi sao ở quá gần pulsar, khiến vật chất của nó rơi vào pulsar. Lượng vật chất bổ sung này làm pulsar quay nhanh dần và tạo ra một “cơn gió” bức xạ mạnh, tiếp tục bào mòn ngôi sao gần đó.
Tuy nhiên, tác giả chính Michael Zhang, nghiên cứu sau tiến sĩ về khí quyển ngoại hành tinh tại Đại học Chicago, cho biết kịch bản này vẫn không thể giải thích được sự hình thành của PSR J2322-2650b. Trên thực tế, nguồn gốc của hành tinh này hiện vẫn chưa thể giải thích.
“Liệu nó có hình thành như một hành tinh bình thường không? Không, vì thành phần của nó hoàn toàn khác,” Zhang nói. “Rất khó tưởng tượng làm thế nào mà lại có được thành phần cực kỳ giàu carbon như vậy. Dường như nó loại trừ mọi cơ chế hình thành đã biết.”
Kim cương trong không khí
Các nhà khoa học hiện vẫn chưa thể giải thích vì sao muội than hay kim cương lại tồn tại trong khí quyển của ngoại hành tinh này. Thông thường, carbon ở dạng phân tử không xuất hiện trên các hành tinh ở quá gần sao chủ, do nhiệt độ cực cao.
Một khả năng được đồng tác giả Roger Romani, giáo sư vật lý tại Đại học Stanford và Viện Kavli về Vật lý thiên văn hạt và Vũ trụ học, đề xuất là: sau khi hành tinh nguội đi kể từ lúc hình thành, carbon và oxygen trong phần bên trong của nó đã kết tinh.
Nhưng ngay cả giả thuyết này cũng không giải thích được toàn bộ những đặc điểm kỳ lạ. “Các tinh thể carbon tinh khiết nổi lên phía trên và trộn lẫn với helium … nhưng rồi phải có điều gì đó xảy ra để giữ oxygen và nitrogen không tham gia,” Romani giải thích. “Và chính ở đó mà bí ẩn xuất hiện.”
Các nhà khoa học hy vọng sẽ tiếp tục nghiên cứu PSR J2322-2650b. “Không phải lúc nào cũng biết hết mọi thứ là điều tốt,” Romani nói. “Tôi rất mong được tìm hiểu thêm về sự kỳ quái của bầu khí quyển này. Thật tuyệt khi có một câu đố để theo đuổi.”
Lyr
Theo Livescience
