Những bí ẩn về những hành tinh 'siêu phồng' dần sáng tỏ

Bình luận Văn Thiện • 17:00, 17/01/20

Nhờ dữ liệu mới thu được từ Kính viễn vọng Không gian Hubble, các nhà thiên văn học đã tìm hiểu thêm về một lớp ngoại hành tinh mới được gọi là các hành tinh “super-puff” (tạm dịch: siêu phồng). Các hành tinh trong lớp này về cơ bản là những quả cầu khí khổng lồ có kích thước tương đương Sao Mộc, nhưng khối lượng của chúng chỉ lớn hơn Trái đất vài lần. 

Gần đây, những nghiên cứu về các hành tinh ngoài hệ Mặt trời đã thực sự bùng nổ. Cho đến nay, các nhà thiên văn học đã có thể xác nhận sự tồn tại của 4104 hành tinh ngoài hệ Mặt trời và 4900 hành tinh khác đang chờ xác nhận. Nghiên cứu về những hành tinh này có thể tiết lộ cho chúng ta về các hành tinh có thể có sự sống trong Vũ trụ.

Các hành tinh này nằm trong hệ Kepler 51, một ngôi sao trẻ giống như Mặt trời nằm cách chúng ta khoảng 2615 năm ánh sáng trong chòm sao Cygnus. Trong hệ này, ba ngoại hành tinh (Kepler-51 b, c và d) đã được phát hiện bởi Kính viễn vọng Không gian Kepler vào năm 2012. Tuy nhiên, phải đến năm 2014, mật độ của các hành tinh này mới được xác nhận và kết quả khá bất ngờ.

Ba hành tinh khổng lồ quay quanh ngôi sao Kepler 51 so với một số hành tinh trong hệ Mặt trời của chúng ta. (Ảnh: NASA, ESA, và L. Hustak và J. Olmsted (STScI))

Mặc dù các hành tinh khí khổng lồ này có kích thước tương đương sao Mộc, khối lượng của chúng nhẹ hơn khoảng một trăm lần. Làm thế nào và tại sao bầu khí quyển của chúng phồng ra vẫn còn là một bí ẩn và cần được phân tích.

Đó chính xác là điều mà một nhóm các nhà thiên văn học quốc tế dẫn đầu bởi Jessica Libby-Roberts đến từ Trung tâm Vật lý thiên văn và Vũ trụ học (CASA) tại Đại học Colorado, Boulder nghiên cứu. Sử dụng dữ liệu của kính viễn vọng Hubble, Libby-Roberts và nhóm của cô đã phân tích quang phổ thu được từ bầu khí quyển của Kepler-51 b và d để xem có thành phần nào (bao gồm cả nước) ở đó.

Khi các hành tinh này đi qua phía trước ngôi sao của chúng, ánh sáng hấp thụ bởi khí quyển của các hành tinh này sẽ được kiểm tra theo bước sóng hồng ngoại. Trước sự ngạc nhiên của nhóm, họ phát hiện ra rằng quang phổ của cả hai hành tinh không có bất kỳ dấu hiệu hóa học nào. Điều này được cho là do sự hiện diện của các đám mây tinh thể muối hoặc bụi quang hóa trong khí quyển của chúng.

Do đó, nhóm nghiên cứu đã dựa vào mô phỏng máy tính và các công cụ khác để đưa ra giả thuyết rằng các hành tinh của hệ Kepler-51 chủ yếu là hydro và helium, được bao phủ bởi một đám mây dày được tạo thành từ khí mêtan. Điều này tương tự như những gì diễn ra trong bầu khí quyển của Titan (mặt trăng lớn nhất của Sao Thổ), nơi bầu khí quyển chủ yếu là nitơ chứa các đám mây khí metan che khuất bề mặt.

Hình minh họa về hành tinh khí khổng lồ mới phát hiện GJ 3512b, bao quanh một ngôi sao lùn đỏ. (Ảnh: Guillem Anglada-Escude—IEEC/Science-wave, using SpaceEngine.org (CC BY 4.0))

 

Libby-Roberts nói: “Đây là một điều hoàn toàn bất ngờ. Chúng tôi đã lên kế hoạch quan sát các tính chất hấp thụ nước, nhưng chúng không có ở đó. Chúng tôi đã bị đám mây che khuất!” Tuy nhiên, những đám mây này cung cấp cho nhóm nghiên cứu cái nhìn sâu sắc về cách Kepler-51 b và d so với các ngoại hành tinh có khối lượng thấp, giàu khí khác từng được quan sát bởi các nhà thiên văn học. Do đó, Libby-Roberts đã giải thích trong một thông cáo báo chí của CU Boulder :

“Chúng tôi biết chúng có mật độ thấp. Nhưng khi bạn hình dung một quả bóng kẹo bông có kích thước sao Mộc - mật độ thực sự rất thấp, … Điều này rõ ràng đã khiến chúng tôi phải vật lộn để tìm ra những gì có thể xảy ra ở đây. Chúng tôi dự kiến sẽ tìm thấy nước, nhưng chúng tôi không thể quan sát thấy dấu hiệu của bất kỳ phân tử nước nào”.

Nhóm nghiên cứu cũng có thể hạn chế tốt hơn kích thước và khối lượng của các hành tinh này bằng cách đo hiệu ứng thời gian của chúng. Trong tất cả các hệ hành tinh, những thay đổi nhỏ xảy ra chu kỳ quỹ đạo của một hành tinh do lực hấp dẫn có thể được sử dụng để suy ra khối lượng của nó. Kết quả của nhóm phù hợp với các ước tính trước đó cho Kepler-51 b trong khi các ước tính cho Kepler-51 d chỉ ra rằng khối lượng của nó hơi nhỏ hơn (hay còn gọi là phồng) so với dự đoán trước đây.

Nhóm nghiên cứu cũng so sánh quang phổ của hai hành tinh siêu phồng với các hành tinh khác và thu được kết quả chỉ ra rằng sự hình thành đám mây có liên quan đến nhiệt độ của một hành tinh. Điều này ủng hộ giả thuyết rằng một hành tinh càng lạnh thì sẽ càng nhiều mây, đó là điều mà các nhà thiên văn học suy ra được nhờ vào những khám phá gần đây về các ngoại hành tinh.

Các hành tinh nhỏ của sao Hải Vương có kích thước từ khoảng 1,5 đến 4 lần kích thước Trái đất và có lõi đá và vỏ khí phồng có độ dày khác nhau. (Ảnh: Geoff Marcy)

Cuối cùng, nhưng không kém phần quan trọng, nhóm nghiên cứu đã quan sát thấy rằng cả Kepler-51 b và d dường như bị mất khí nhanh chóng. Trên thực tế, nhóm nghiên cứu ước tính rằng hành tinh cũ (nơi gần với ngôi sao mẹ hơn) đang bay mất hàng chục tỷ tấn vật chất vào không gian mỗi giây. Nếu xu hướng này tiếp tục, các hành tinh sẽ co lại đáng kể trong vài tỷ năm tới và có thể trở thành sao Hải Vương mini.

Về mặt này, điều này sẽ gợi ý rằng các ngoại hành tinh sẽ không phổ biến bằng các hành tinh giống sao Hải Vương. Nó cũng gợi ý rằng mật độ thấp của các hành tinh siêu phồng là do tuổi của hệ hành tinh. Trong khi hệ Mặt trời khoảng 4,6 tỷ năm tuổi, Kepler-51 chỉ mới tồn tại được khoảng 500 triệu năm.

Chi tiết nghiên cứu của nhóm gần đây đã xuất hiện trực tuyến và sẽ xuất bản trên The Astrophysical Journal.

Văn Thiện (lược dịch)

Theo universetoday