Các hành tinh Hycean, một loại ngoại hành tinh có thể có đại dương sâu được bao quanh bởi lớp vỏ hydro dày, có thể cung cấp cơ hội tốt nhất để Kính viễn vọng không gian James Webb (JWST) phát hiện ra các dấu hiệu sinh học, theo một nghiên cứu mới.
Những dấu hiệu tiềm năng của sự sống đó là một nhóm hóa chất gọi là metyl halide, trên Trái đất được tạo ra bởi một số vi khuẩn và tảo biển.
"Không giống như hành tinh giống Trái đất, nơi tiếng ồn của khí quyển và những hạn chế của kính viễn vọng khiến việc phát hiện ra các dấu hiệu sinh học trở nên khó khăn, các hành tinh Hycean cung cấp tín hiệu rõ ràng hơn nhiều", Eddie Schwieterman, một nhà sinh vật học vũ trụ tại Đại học California, Riverside, cho biết trong tuyên bố.
Hiện tại, sự tồn tại của các hành tinh Hycean vẫn chỉ là giả thuyết. Tên của chúng là sự kết hợp giữa "hydrogen" và "ocean", được nhà khoa học hành tinh Nikku Madhusudhan của Đại học Cambridge đặt ra lần đầu tiên vào năm 2021.
Liên quan: Các ngoại hành tinh 'Hycean' có thể không hỗ trợ được sự sống sau cùng
Các hành tinh Hycean dự kiến sẽ quay quanh các ngôi sao lùn đỏ và ứng cử viên tốt nhất cho một thế giới Hycean là hành tinh K2-18b. Ngoại hành tinh này, được phân loại là thế giới "dưới Sao Hải Vương", quay quanh trong vùng có thể ở được của một ngôi sao lùn đỏ cách Trái đất 124 năm ánh sáng trong chòm sao Leo, Sư Tử.
Kính viễn vọng không gian Hubble đã phát hiện ra hơi nước trong bầu khí quyển của K2-18b vào năm 2019 và JWST đã phát hiện sự hiện diện của carbon dioxide và methane trong bầu khí quyển của hành tinh này, cùng với việc thiếu carbon monoxide và amoniac — chính xác như dự đoán của giả thuyết hành tinh hycean. Ngoài ra còn có bằng chứng tạm thời cho thấy một hợp chất gọi là dimethyl sulfide, trên Trái đất chỉ được tạo ra bởi sinh vật phù du đại dương, cũng tồn tại trong bầu khí quyển của K2-18b, nhưng bằng chứng này vẫn tiếp tục gây tranh cãi.
Hiện tại, một nhóm các nhà nghiên cứu tại Đại học California, Riverside và ETH Zurich ở Thụy Sĩ đã tiến thêm một bước nữa. Họ đề xuất rằng một họ hợp chất khác gọi là metyl halide, được tạo ra bởi sự sống của vi khuẩn dưới đại dương trên Trái đất, có thể tạo ra một dấu hiệu sinh học — tức là dấu hiệu hóa học của sự sống sinh học — trong bầu khí quyển của một thế giới lục bình dễ phát hiện hơn dấu hiệu của oxy trên một hành tinh giống Trái đất.
"Hiện tại, rất khó hoặc không thể phát hiện được oxy trên một hành tinh giống Trái đất", Michaela Leung thuộc Đại học California, Riverside, tác giả đầu tiên của một bài báo mới mô tả nghiên cứu này, cho biết. "Tuy nhiên, metyl halide trên các thế giới hycean mang đến một cơ hội độc đáo để phát hiện bằng công nghệ hiện có."
Methyl halide là các phân tử kết hợp các nguyên tử cacbon và ba nguyên tử hydro gắn vào một nguyên tử halogen như brom, clo hoặc flo. (Halogen là nhóm các nguyên tố phi kim loại phản ứng.) Trên Trái đất, metyl halide được tạo ra bởi sự sống, nhưng chúng không có nhiều trong bầu khí quyển của hành tinh chúng ta.
Tuy nhiên, trên các thế giới hycean, mọi thứ có thể khác. Nhóm của Leung nghi ngờ rằng các điều kiện trên các thế giới như vậy, nếu chúng tồn tại, sẽ cho phép metyl halide tích tụ với số lượng lớn trong bầu khí quyển. Hơn nữa, metyl halide sẽ có các đặc điểm hấp thụ mạnh trong ánh sáng hồng ngoại, ở cùng bước sóng mà JWST được thiết kế để quan sát.
"Một trong những lợi ích lớn của việc tìm kiếm metyl halide là bạn có thể tìm thấy chúng chỉ trong vòng 13 giờ với James Webb. Con số này tương đương hoặc thấp hơn rất nhiều so với thời gian sử dụng kính thiên văn mà bạn cần để tìm các loại khí như oxy hoặc mêtan", Leung cho biết. "Thời gian sử dụng kính thiên văn ít hơn có nghĩa là chi phí sẽ rẻ hơn".
Liên quan: Tìm kiếm sự sống ngoài hành tinh
Các bài viết liên quan:
— Sự sống ngoài hành tinh có thể phát triển mạnh trên các ngoại hành tinh 'hycean' lớn
— Điều gì thực sự khiến một hành tinh có thể sinh sống được? Giả định của chúng ta có thể sai
— 10 ngoại hành tinh có thể có sự sống ngoài hành tinh
Có hai cảnh báo đối với những gì nhóm của Leung đề xuất. Một là chúng ta vẫn chưa biết liệu các thế giới hycean có thực sự tồn tại hay không. Chúng được đề xuất như một khả năng giải thích một số đặc tính của một số hành tinh ấm áp cận sao Hải Vương có mật độ trung bình ngụ ý một bầu khí quyển hydro dày và một đại dương nước lỏng sâu. Tuy nhiên, hiện tại, việc quan sát trực tiếp một đại dương bên dưới lớp vỏ hydro của một thế giới như vậy là không khả thi.
Vấn đề thứ hai là chúng ta không biết liệu những đại dương như vậy có thể sinh sống được hay không. Một thế giới hycean sẽ rất nóng, và mặc dù các điều kiện khắc nghiệt bên dưới lớp vỏ hydro sẽ ngăn không cho đại dương bốc hơi, nhưng vẫn chưa chắc chắn liệu nó có quá nóng đối với sự sống như chúng ta biết hay không. Tuy nhiên, phát hiện tích cực về metyl halide trong bầu khí quyển của một thế giới hycean ứng cử viên sẽ là dấu hiệu mạnh mẽ cho thấy sự sống có thể tồn tại ở đó trong một đại dương sâu.
Nếu sự sống tồn tại trên một thế giới như vậy, nó sẽ phải hít thở hydro, không phải oxy.
"Những vi khuẩn này, nếu chúng ta tìm thấy chúng, sẽ là kỵ khí", Schwieterman cho biết. "Chúng sẽ thích nghi với một loại môi trường rất khác, và chúng ta không thể thực sự hình dung được điều đó trông như thế nào, ngoại trừ việc nói rằng những loại khí này là sản phẩm hợp lý từ quá trình trao đổi chất của chúng."
Sự sống kỵ khí — tức là các dạng sống không cần oxy — tồn tại trên Trái đất, vì vậy chúng sẽ không thực sự xa lạ với sự sống trên hành tinh của chúng ta, ngay cả khi môi trường mà chúng sống là như vậy. Các hành tinh giống Trái đất quay quanh các sao lùn đỏ có thể rất khan hiếm, vì các sao lùn đỏ là những con thú nhỏ hung dữ, dễ giải phóng các vụ nổ bức xạ khắc nghiệt có thể làm mất đi bầu khí quyển của một hành tinh giống Trái đất. Tuy nhiên, các hành tinh Hycean được bảo vệ bởi bầu khí quyển hydro dày của chúng có thể ít bị tổn thương hơn trước sự tấn công từ ngôi sao của chúng.
Do đó, có thể các hành tinh Hycean là nơi sự sống tồn tại trong các hệ sao lùn đỏ và vì các sao lùn đỏ chiếm khoảng ba phần tư tổng số các ngôi sao trong thiên hà Ngân Hà của chúng ta, nên có thể có nhiều hành tinh Hycean có thể sinh sống được trong vũ trụ hơn là các hành tinh giống Trái Đất.
Nghiên cứu của nhóm Leung được công bố vào ngày 11 tháng 3 trên Tạp chí Astrophysical Journal Letters.
Những dấu hiệu tiềm năng của sự sống đó là một nhóm hóa chất gọi là metyl halide, trên Trái đất được tạo ra bởi một số vi khuẩn và tảo biển.
"Không giống như hành tinh giống Trái đất, nơi tiếng ồn của khí quyển và những hạn chế của kính viễn vọng khiến việc phát hiện ra các dấu hiệu sinh học trở nên khó khăn, các hành tinh Hycean cung cấp tín hiệu rõ ràng hơn nhiều", Eddie Schwieterman, một nhà sinh vật học vũ trụ tại Đại học California, Riverside, cho biết trong tuyên bố.
Hiện tại, sự tồn tại của các hành tinh Hycean vẫn chỉ là giả thuyết. Tên của chúng là sự kết hợp giữa "hydrogen" và "ocean", được nhà khoa học hành tinh Nikku Madhusudhan của Đại học Cambridge đặt ra lần đầu tiên vào năm 2021.
Liên quan: Các ngoại hành tinh 'Hycean' có thể không hỗ trợ được sự sống sau cùng
Các hành tinh Hycean dự kiến sẽ quay quanh các ngôi sao lùn đỏ và ứng cử viên tốt nhất cho một thế giới Hycean là hành tinh K2-18b. Ngoại hành tinh này, được phân loại là thế giới "dưới Sao Hải Vương", quay quanh trong vùng có thể ở được của một ngôi sao lùn đỏ cách Trái đất 124 năm ánh sáng trong chòm sao Leo, Sư Tử.
Kính viễn vọng không gian Hubble đã phát hiện ra hơi nước trong bầu khí quyển của K2-18b vào năm 2019 và JWST đã phát hiện sự hiện diện của carbon dioxide và methane trong bầu khí quyển của hành tinh này, cùng với việc thiếu carbon monoxide và amoniac — chính xác như dự đoán của giả thuyết hành tinh hycean. Ngoài ra còn có bằng chứng tạm thời cho thấy một hợp chất gọi là dimethyl sulfide, trên Trái đất chỉ được tạo ra bởi sinh vật phù du đại dương, cũng tồn tại trong bầu khí quyển của K2-18b, nhưng bằng chứng này vẫn tiếp tục gây tranh cãi.
Hiện tại, một nhóm các nhà nghiên cứu tại Đại học California, Riverside và ETH Zurich ở Thụy Sĩ đã tiến thêm một bước nữa. Họ đề xuất rằng một họ hợp chất khác gọi là metyl halide, được tạo ra bởi sự sống của vi khuẩn dưới đại dương trên Trái đất, có thể tạo ra một dấu hiệu sinh học — tức là dấu hiệu hóa học của sự sống sinh học — trong bầu khí quyển của một thế giới lục bình dễ phát hiện hơn dấu hiệu của oxy trên một hành tinh giống Trái đất.
"Hiện tại, rất khó hoặc không thể phát hiện được oxy trên một hành tinh giống Trái đất", Michaela Leung thuộc Đại học California, Riverside, tác giả đầu tiên của một bài báo mới mô tả nghiên cứu này, cho biết. "Tuy nhiên, metyl halide trên các thế giới hycean mang đến một cơ hội độc đáo để phát hiện bằng công nghệ hiện có."
Methyl halide là các phân tử kết hợp các nguyên tử cacbon và ba nguyên tử hydro gắn vào một nguyên tử halogen như brom, clo hoặc flo. (Halogen là nhóm các nguyên tố phi kim loại phản ứng.) Trên Trái đất, metyl halide được tạo ra bởi sự sống, nhưng chúng không có nhiều trong bầu khí quyển của hành tinh chúng ta.
Tuy nhiên, trên các thế giới hycean, mọi thứ có thể khác. Nhóm của Leung nghi ngờ rằng các điều kiện trên các thế giới như vậy, nếu chúng tồn tại, sẽ cho phép metyl halide tích tụ với số lượng lớn trong bầu khí quyển. Hơn nữa, metyl halide sẽ có các đặc điểm hấp thụ mạnh trong ánh sáng hồng ngoại, ở cùng bước sóng mà JWST được thiết kế để quan sát.
"Một trong những lợi ích lớn của việc tìm kiếm metyl halide là bạn có thể tìm thấy chúng chỉ trong vòng 13 giờ với James Webb. Con số này tương đương hoặc thấp hơn rất nhiều so với thời gian sử dụng kính thiên văn mà bạn cần để tìm các loại khí như oxy hoặc mêtan", Leung cho biết. "Thời gian sử dụng kính thiên văn ít hơn có nghĩa là chi phí sẽ rẻ hơn".
Liên quan: Tìm kiếm sự sống ngoài hành tinh
Các bài viết liên quan:
— Sự sống ngoài hành tinh có thể phát triển mạnh trên các ngoại hành tinh 'hycean' lớn
— Điều gì thực sự khiến một hành tinh có thể sinh sống được? Giả định của chúng ta có thể sai
— 10 ngoại hành tinh có thể có sự sống ngoài hành tinh
Có hai cảnh báo đối với những gì nhóm của Leung đề xuất. Một là chúng ta vẫn chưa biết liệu các thế giới hycean có thực sự tồn tại hay không. Chúng được đề xuất như một khả năng giải thích một số đặc tính của một số hành tinh ấm áp cận sao Hải Vương có mật độ trung bình ngụ ý một bầu khí quyển hydro dày và một đại dương nước lỏng sâu. Tuy nhiên, hiện tại, việc quan sát trực tiếp một đại dương bên dưới lớp vỏ hydro của một thế giới như vậy là không khả thi.
Vấn đề thứ hai là chúng ta không biết liệu những đại dương như vậy có thể sinh sống được hay không. Một thế giới hycean sẽ rất nóng, và mặc dù các điều kiện khắc nghiệt bên dưới lớp vỏ hydro sẽ ngăn không cho đại dương bốc hơi, nhưng vẫn chưa chắc chắn liệu nó có quá nóng đối với sự sống như chúng ta biết hay không. Tuy nhiên, phát hiện tích cực về metyl halide trong bầu khí quyển của một thế giới hycean ứng cử viên sẽ là dấu hiệu mạnh mẽ cho thấy sự sống có thể tồn tại ở đó trong một đại dương sâu.
Nếu sự sống tồn tại trên một thế giới như vậy, nó sẽ phải hít thở hydro, không phải oxy.
"Những vi khuẩn này, nếu chúng ta tìm thấy chúng, sẽ là kỵ khí", Schwieterman cho biết. "Chúng sẽ thích nghi với một loại môi trường rất khác, và chúng ta không thể thực sự hình dung được điều đó trông như thế nào, ngoại trừ việc nói rằng những loại khí này là sản phẩm hợp lý từ quá trình trao đổi chất của chúng."
Sự sống kỵ khí — tức là các dạng sống không cần oxy — tồn tại trên Trái đất, vì vậy chúng sẽ không thực sự xa lạ với sự sống trên hành tinh của chúng ta, ngay cả khi môi trường mà chúng sống là như vậy. Các hành tinh giống Trái đất quay quanh các sao lùn đỏ có thể rất khan hiếm, vì các sao lùn đỏ là những con thú nhỏ hung dữ, dễ giải phóng các vụ nổ bức xạ khắc nghiệt có thể làm mất đi bầu khí quyển của một hành tinh giống Trái đất. Tuy nhiên, các hành tinh Hycean được bảo vệ bởi bầu khí quyển hydro dày của chúng có thể ít bị tổn thương hơn trước sự tấn công từ ngôi sao của chúng.
Do đó, có thể các hành tinh Hycean là nơi sự sống tồn tại trong các hệ sao lùn đỏ và vì các sao lùn đỏ chiếm khoảng ba phần tư tổng số các ngôi sao trong thiên hà Ngân Hà của chúng ta, nên có thể có nhiều hành tinh Hycean có thể sinh sống được trong vũ trụ hơn là các hành tinh giống Trái Đất.
Nghiên cứu của nhóm Leung được công bố vào ngày 11 tháng 3 trên Tạp chí Astrophysical Journal Letters.