Vào thời kỳ đầu của kỷ nguyên ngoại hành tinh, các mục tiêu đặt ra khá đơn giản. Mục tiêu đầu tiên là tìm càng nhiều ngoại hành tinh càng tốt nhằm xây dựng hiểu biết về quần thể ngoại hành tinh. Mục tiêu thứ hai là xác định xem có hành tinh nào nằm trong "vùng sống được" quanh các ngôi sao của chúng hay không. Khái niệm vùng sống được ban đầu được định nghĩa một cách đơn giản: bất kỳ hành tinh nào nằm ở khoảng cách phù hợp để nước tồn tại ở dạng lỏng trên bề mặt đều được xem là nằm trong vùng sống được.
Nhưng hiện nay, khi các nhà thiên văn học phát hiện ngày càng nhiều ngoại hành tinh, định nghĩa về "có thể sống được" cũng trở nên tinh tế hơn. Giới khoa học hiện thường phân biệt giữa vùng sống được lạc quan và vùng sống được thận trọng. Vùng sống được lạc quan có phạm vi rộng hơn, xét đến các yếu tố như nhiệt địa từ có thể mở rộng ranh giới bên ngoài, và chuyển động quay có thể ngăn chặn hiện tượng hiệu ứng nhà kính, từ đó mở rộng ranh giới bên trong. Trong khi đó, vùng sống được thận trọng thì chặt chẽ hơn: rìa trong của nó là nơi hành tinh có thể bị hiệu ứng nhà kính cực đoan, còn rìa ngoài bị giới hạn bởi hiện tượng CO₂ ngưng tụ khỏi khí quyển, ngăn cản việc giữ đủ nhiệt để duy trì nước ở dạng lỏng.
Một nghiên cứu mới được gửi lên Monthly Notices of the Royal Astronomical Society đã bổ sung sắc thái mới cho định nghĩa về vùng sống được, bằng cách đề xuất một khái niệm mang tên vùng ôn hòa (temperate zone). Nghiên cứu có tiêu đề: "Hai hành tinh có kích thước tương đương Trái Đất và Sao Hải Vương có quỹ đạo quanh các sao lùn M đối lưu hoàn toàn." Các đồng tác giả chính là Madison Scott từ Trường Vật lý & Thiên văn học, Đại học Birmingham, và Georgina Dransfield, chuyên gia về ngoại hành tinh tại Đại học Oxford.
“Khi sự đa dạng của các ngoại hành tinh ngày càng tăng, điều quan trọng là phải xem xét lại các giả định về khả năng sống được và các định nghĩa kinh điển về vùng sống được,” các tác giả viết. Trước đây, một số nghiên cứu đã sử dụng từ “ôn hòa” để mô tả một số ngoại hành tinh, tuy nhiên một số không đưa ra định nghĩa cụ thể, trong khi một số khác đưa ra định nghĩa riêng hoặc dùng thay thế cho “sống được”.
“Trong nghiên cứu này, chúng tôi giới thiệu một định nghĩa mở rộng cho 'vùng ôn hòa', được xác định bởi công suất bức xạ nằm trong khoảng 0.1 < S/S⊕ < 5, từ đó bao gồm phạm vi rộng hơn của các thế giới có thể sống được,” các tác giả giải thích.
Công suất bức xạ của sao (instellation flux, hoặc insolation flux) mô tả lượng năng lượng từ sao chủ chiếu tới bề mặt của ngoại hành tinh, được đo bằng đơn vị W/m². Trong bài viết, biểu thức 0.1 < S/S⊕ < 5 xác định khoảng công suất tương đối so với hằng số Mặt Trời của Trái Đất. Điều này tương đương với khoảng từ 136 W/m² đến khoảng 6805 W/m². Hằng số Mặt Trời của Trái Đất là khoảng 1361 W/m² tại rìa ngoài khí quyển, cung cấp khái niệm định lượng cho vùng này.
Vùng ôn hòa được cố ý định nghĩa rộng hơn so với vùng sống được thận trọng. Trong khi vùng sống được thận trọng dựa trên khả năng tồn tại nước lỏng trên bề mặt hành tinh, vùng ôn hòa phân loại các hành tinh nhận được mức năng lượng vừa phải từ sao chủ.
Một hình minh họa trong nghiên cứu thể hiện định nghĩa của vùng ôn hòa: vùng màu xanh lá là vùng sống được thận trọng (Conservative Habitable Zone - CHZ), còn khu vực nằm giữa hai đường chấm dọc là vùng ôn hòa (Temperate Zone - TZ). Các điểm màu hồng là mẫu chuẩn các ngoại hành tinh chuyển tiếp đã phát hiện. Các điểm màu tím đại diện cho các hành tinh loại hạ Hải Vương (sub-Neptune) và những hành tinh nhỏ hơn, một số có thể có khí quyển H/He dày đặc. Các điểm màu nâu đại diện cho các hành tinh có khả năng là hành tinh đá – đối tượng chính trong các nghiên cứu về hành tinh có thể sống được. Các điểm màu đỏ là các ngoại hành tinh của hệ TRAPPIST-1, được xem là các mục tiêu hàng đầu trong phạm vi vùng ôn hòa. Các điểm màu xanh lá đại diện cho K2-18 b và LHS 1140 b, những ngoại hành tinh điển hình: một hành tinh dạng hycean tiềm năng và một hành tinh đá/nước có khối lượng lớn. Nguồn: Scott and Dransfield và cộng sự, 2026.
Nghiên cứu này cũng là phần mở đầu cho khảo sát TEMPOS (Temperate M Dwarf Planets With SPECULOOS / Khảo sát các hành tinh quanh sao lùn M ôn hòa từ dữ liệu của SPECULOOS). SPECULOOS là viết tắt của Search for habitable Planets EClipsing ULtra-cOOl Stars - Dự án tìm kiếm hành tinh có thể sống được quay quanh các sao siêu nguội. Mục tiêu của TEMPOS là xây dựng một danh mục gồm các bán kính chính xác của các ngoại hành tinh ôn hòa chuyển tiếp quanh các sao lùn M loại giữa đến muộn.
Những loại sao này rất quan trọng vì các hành tinh ôn hòa quay quanh chúng có xác suất cao hơn để tạo hiện tượng chuyển tiếp, từ đó dễ phát hiện hơn. “Điều này là do nhiệt độ cân bằng của hành tinh tỷ lệ với cả bán trục lớn và nhiệt độ hiệu dụng của sao chủ,” các tác giả giải thích. “Nhờ vào nhiệt độ hiệu dụng thấp hơn của các sao lùn M, đặc biệt là các sao lùn M từ loại giữa đến muộn (≤ 3400 K), các hành tinh ôn hòa quay quanh các sao này có xác suất chuyển tiếp cao hơn, và vì thế dễ được phát hiện hơn trong các khảo sát ngoại hành tinh.”
Đúng như tiêu đề bài báo, nghiên cứu đã mô tả hai ngoại hành tinh mới được xếp vào loại "ôn hòa", đưa chúng cùng các sao chủ vào một nhóm khá hiếm. “TOI-6716 và TOI-7384 gia nhập nhóm các sao lùn M loại giữa, đối lưu hoàn toàn, đã biết là có hành tinh ôn hòa,” các tác giả viết.
Hai hành tinh này là:
- TOI-6716 b: một hành tinh có kích thước tương đương Trái Đất, với bán kính trong khoảng từ 0,91 đến 1,05 lần bán kính Trái Đất, nhiều khả năng là hành tinh đá.
- TOI-7384 b: một hành tinh loại hạ Hải Vương tinh với bán kính trong khoảng 3,35 đến 3,77 lần bán kính Trái Đất. Nó có thể có lõi đá với lớp vỏ khí H/He dày.
“Mặc dù không hành tinh nào trong hai hành tinh này nằm trong vùng sống được lạc quan quanh sao chủ của chúng, chúng vẫn nằm trong khu vực của các hành tinh ôn hòa, và mang lại cơ hội nghiên cứu trong tương lai khi định nghĩa về khả năng sống được của ngoại hành tinh được mở rộng,” các tác giả viết.
Một hình khác trong bài nghiên cứu thể hiện vị trí của TOI-6716 b và TOI-7384 b trong dân số ngoại hành tinh hiện có trong cơ sở dữ liệu tổng hợp về ngoại hành tinh của NASA, cho các hành tinh có kích thước từ cỡ Sao Hỏa đến ngưỡng trên của nhóm hạ Hải Vương. Khung màu xanh lá làm nổi bật các hành tinh nằm trong vùng ôn hòa, trong đó TOI-6716 b và TOI-7384 b nằm gần rìa trong (nóng hơn). Hình này cũng cho thấy các hành tinh được quan sát bởi SPECULOOS - đóng vai trò xác nhận. Hai hành tinh mới bổ sung thêm vào mẫu này. Nguồn: Scott and Dransfield và cộng sự, 2026.
Mục tiêu cuối cùng của nghiên cứu này là xác định các ngoại hành tinh ôn hòa phù hợp để nghiên cứu khí quyển.
“Chúng tôi nhận thấy hai hành tinh này có công suất bức xạ gần với rìa trong (nóng hơn) của vùng ôn hòa,” các tác giả viết. “Bên cạnh đó, với chỉ số truyền phổ (TSM) được dự đoán tương tự như các hành tinh TRAPPIST-1, TOI-6716 b có khả năng là mục tiêu nghiên cứu hành tinh đá phù hợp với kính thiên văn không gian James Webb (JWST), nếu như nó vẫn giữ được khí quyển.” Họ cũng cho biết kích thước và khối lượng dự đoán của TOI-7384 b khiến nó cũng trở thành một mục tiêu hấp dẫn để nghiên cứu khí quyển bằng JWST cũng như các thiết bị tương lai.
“Tổng thể, những khám phá này cho thấy sức mạnh của việc kết hợp TESS với các chiến dịch mặt đất phối hợp để xây dựng một danh mục các hành tinh ôn hòa quanh các sao lùn M đối lưu hoàn toàn, phục vụ cho nghiên cứu khí quyển trong thập kỷ tới,” nhóm nghiên cứu kết luận.
Bryan
Theo Universetoday
