Các nhà thiên văn học sử dụng Kính viễn vọng không gian James Webb của NASA (JWST) đã khám phá ra lịch sử đầy biến động của một ngoại hành tinh xa xôi, nóng khủng khiếp đang bị kéo căng và thiêu đốt bởi ngôi sao của nó.
Hành tinh này, được gọi là WASP-121b, bị khóa trong quỹ đạo cực kỳ gần xung quanh một ngôi sao cách xa khoảng 900 năm ánh sáng, sáng hơn và nóng hơn Mặt trời của chúng ta. Bị nhốt trong quỹ đạo 30 giờ nóng bỏng, thế giới này nằm rất gần ngôi sao của nó đến nỗi lực thủy triều mạnh đã làm cong nó thành hình dạng giống quả bóng bầu dục, khiến nó đứng trước bờ vực bị xé toạc bởi lực hấp dẫn. Một mặt của hành tinh hướng về ngôi sao của nó vĩnh viễn, nung ở nhiệt độ trên 3.000°C (5.400°F) — đủ nóng để tạo ra mưa sắt lỏng. Ngay cả bán cầu đối diện, bị nhốt trong đêm vĩnh cửu, cũng sôi ở nhiệt độ 1.500°C (2.700°F). Môi trường khắc nghiệt này khiến WASP-121b trở thành một trong những hành tinh thù địch nhất từng được quan sát và là mục tiêu có giá trị đối với khoa học hành tinh.
Bây giờ, bằng cách sử dụng thiết bị quang phổ hồng ngoại gần của Kính viễn vọng không gian James Webb (JWST), hay NIRSpec, một nhóm do nhà thiên văn học Thomas Evans-Soma của Đại học New Castle ở Úc đứng đầu đã phát hiện ra một hỗn hợp các phân tử trong bầu khí quyển của hành tinh, mỗi phân tử đều mang theo manh mối hóa học về hành trình đầy kịch tính của nó. Chúng bao gồm hơi nước, carbon monoxide, methane và lần đầu tiên trong bầu khí quyển của một hành tinh, silicon monoxide.
Cùng nhau, chúng kể một câu chuyện về nguồn gốc đầy kịch tính của WASP-121b được viết bằng hơi nước và đá, được mô tả trong hai bài báo được công bố vào thứ Hai (ngày 2 tháng 6).
"Nghiên cứu về hóa học của các hành tinh cực nóng như WASP-121b giúp chúng ta hiểu được cách khí quyển của các hành tinh khí khổng lồ hoạt động trong điều kiện nhiệt độ khắc nghiệt", Joanna Barstow, một nhà khoa học hành tinh tại Đại học Mở ở Vương quốc Anh và là đồng tác giả của cả hai nghiên cứu mới, cho biết trong statement.
Những phát hiện từ cả hai nghiên cứu cho thấy WASP-121b không hình thành ở nơi nó hiện nay. Thay vào đó, nó có thể bắt nguồn từ một vùng lạnh hơn, xa hơn trong hệ hành tinh của nó, tương tự như vùng giữa Sao Mộc và Sao Thiên Vương trong hệ mặt trời của chúng ta. Ở đó, nó sẽ tích tụ các loại băng giàu mêtan và các nguyên tố nặng, nhúng một dấu hiệu hóa học riêng biệt vào bầu khí quyển đang phát triển của nó.
Sau đó, các tương tác hấp dẫn — có thể là với các hành tinh khác — sẽ khiến WASP-121b xoắn ốc vào bên trong hướng về ngôi sao của nó. Khi nó di chuyển gần hơn, nguồn cung cấp các viên sỏi băng giá, giàu oxy của nó sẽ bị cắt đứt, nhưng nó vẫn có thể tiếp tục thu thập khí giàu carbon. Điều này sẽ giải thích tại sao bầu khí quyển của thế giới ngày nay chứa nhiều carbon hơn oxy, một sự mất cân bằng hóa học cung cấp một bức ảnh chụp nhanh về hành trình của nó qua đĩa.
Để hiểu được dữ liệu khí quyển phức tạp, nhóm nghiên cứu thứ hai do Cyril Gapp của Viện Thiên văn học Max Planck ở Đức dẫn đầu đã tạo ra các mô hình 3D về khí quyển của hành tinh, giải thích cho sự chênh lệch nhiệt độ lớn giữa ban ngày và ban đêm. Các mô phỏng của họ, được mô tả trong một bài báo đăng trên Tạp chí Thiên văn học, đã giúp phân tách các tín hiệu từ các vùng khác nhau của hành tinh khi nó quay quanh, cho thấy cách các phân tử dịch chuyển và lưu thông trên khắp quỹ đạo.
Trong số các phân tử mới được phát hiện, sự hiện diện của silicon monoxide đặc biệt có ý nghĩa, các nhà khoa học cho biết, vì nó thường không được tìm thấy ở dạng khí mà họ quan sát thấy. Thay vào đó, các nhà nghiên cứu cho rằng loại khí này ban đầu bị khóa trong các khoáng chất rắn như thạch anh bên trong các hành tinh nhỏ có kích thước bằng tiểu hành tinh đã đâm vào hành tinh trẻ. Theo thời gian, khi hành tinh này phát triển và xoắn ốc hướng vào trong về phía ngôi sao của nó, những vật liệu đó sẽ bị bốc hơi và hòa vào bầu khí quyển của nó, theo một trong những bài báo mới được công bố trên tạp chí Nature Astronomy.
Những câu chuyện liên quan:
— Các nhà khoa học đặt câu hỏi về những dấu hiệu có thể có của sự sống trên ngoại hành tinh K2-18b trong nghiên cứu mới: 'Chúng tôi chưa bao giờ thấy nhiều hơn những gợi ý không đáng kể'
— Các nhà khoa học đã tìm thấy một hành tinh lùn mới có thể — điều này có thể báo hiệu tin xấu cho những người hâm mộ Hành tinh 9
— 'Hình ảnh em bé' của ngoại hành tinh tiết lộ những mặt trăng ngoài hệ mặt trời có thể đang hình thành xung quanh các thế giới sơ sinh
Ở phía "ban đêm" mát mẻ hơn của WASP-121b, các nhà nghiên cứu đã tìm thấy rất nhiều khí mê-tan. Điều này thực sự bất ngờ vì mê-tan thường bị phân hủy dưới nhiệt độ như vậy, nghiên cứu lưu ý.
"Với mức độ nóng như vậy của hành tinh này, chúng tôi không ngờ lại thấy mê-tan ở phía ban đêm của nó", đồng tác giả nghiên cứu Anjali Piette, phó giáo sư thiên văn học tại Đại học Birmingham, cho biết trong tuyên bố.
Sự hiện diện của nó cho thấy khí mê-tan đang được bổ sung, có khả năng được kéo lên từ các lớp khí quyển sâu hơn, mát hơn.
"Điều này thách thức các mô hình động lực học ngoại hành tinh, có khả năng cần phải được điều chỉnh để tái tạo sự pha trộn theo chiều dọc mạnh mẽ mà chúng tôi đã phát hiện ra ở phía đêm của WASP-121b", tác giả chính của nghiên cứu Thomas Evans-Soma thuộc Đại học New Castle ở Úc cho biết thêm trong một tuyên bố.
Hành tinh này, được gọi là WASP-121b, bị khóa trong quỹ đạo cực kỳ gần xung quanh một ngôi sao cách xa khoảng 900 năm ánh sáng, sáng hơn và nóng hơn Mặt trời của chúng ta. Bị nhốt trong quỹ đạo 30 giờ nóng bỏng, thế giới này nằm rất gần ngôi sao của nó đến nỗi lực thủy triều mạnh đã làm cong nó thành hình dạng giống quả bóng bầu dục, khiến nó đứng trước bờ vực bị xé toạc bởi lực hấp dẫn. Một mặt của hành tinh hướng về ngôi sao của nó vĩnh viễn, nung ở nhiệt độ trên 3.000°C (5.400°F) — đủ nóng để tạo ra mưa sắt lỏng. Ngay cả bán cầu đối diện, bị nhốt trong đêm vĩnh cửu, cũng sôi ở nhiệt độ 1.500°C (2.700°F). Môi trường khắc nghiệt này khiến WASP-121b trở thành một trong những hành tinh thù địch nhất từng được quan sát và là mục tiêu có giá trị đối với khoa học hành tinh.
Bây giờ, bằng cách sử dụng thiết bị quang phổ hồng ngoại gần của Kính viễn vọng không gian James Webb (JWST), hay NIRSpec, một nhóm do nhà thiên văn học Thomas Evans-Soma của Đại học New Castle ở Úc đứng đầu đã phát hiện ra một hỗn hợp các phân tử trong bầu khí quyển của hành tinh, mỗi phân tử đều mang theo manh mối hóa học về hành trình đầy kịch tính của nó. Chúng bao gồm hơi nước, carbon monoxide, methane và lần đầu tiên trong bầu khí quyển của một hành tinh, silicon monoxide.
Cùng nhau, chúng kể một câu chuyện về nguồn gốc đầy kịch tính của WASP-121b được viết bằng hơi nước và đá, được mô tả trong hai bài báo được công bố vào thứ Hai (ngày 2 tháng 6).
"Nghiên cứu về hóa học của các hành tinh cực nóng như WASP-121b giúp chúng ta hiểu được cách khí quyển của các hành tinh khí khổng lồ hoạt động trong điều kiện nhiệt độ khắc nghiệt", Joanna Barstow, một nhà khoa học hành tinh tại Đại học Mở ở Vương quốc Anh và là đồng tác giả của cả hai nghiên cứu mới, cho biết trong statement.
Những phát hiện từ cả hai nghiên cứu cho thấy WASP-121b không hình thành ở nơi nó hiện nay. Thay vào đó, nó có thể bắt nguồn từ một vùng lạnh hơn, xa hơn trong hệ hành tinh của nó, tương tự như vùng giữa Sao Mộc và Sao Thiên Vương trong hệ mặt trời của chúng ta. Ở đó, nó sẽ tích tụ các loại băng giàu mêtan và các nguyên tố nặng, nhúng một dấu hiệu hóa học riêng biệt vào bầu khí quyển đang phát triển của nó.
Sau đó, các tương tác hấp dẫn — có thể là với các hành tinh khác — sẽ khiến WASP-121b xoắn ốc vào bên trong hướng về ngôi sao của nó. Khi nó di chuyển gần hơn, nguồn cung cấp các viên sỏi băng giá, giàu oxy của nó sẽ bị cắt đứt, nhưng nó vẫn có thể tiếp tục thu thập khí giàu carbon. Điều này sẽ giải thích tại sao bầu khí quyển của thế giới ngày nay chứa nhiều carbon hơn oxy, một sự mất cân bằng hóa học cung cấp một bức ảnh chụp nhanh về hành trình của nó qua đĩa.
Để hiểu được dữ liệu khí quyển phức tạp, nhóm nghiên cứu thứ hai do Cyril Gapp của Viện Thiên văn học Max Planck ở Đức dẫn đầu đã tạo ra các mô hình 3D về khí quyển của hành tinh, giải thích cho sự chênh lệch nhiệt độ lớn giữa ban ngày và ban đêm. Các mô phỏng của họ, được mô tả trong một bài báo đăng trên Tạp chí Thiên văn học, đã giúp phân tách các tín hiệu từ các vùng khác nhau của hành tinh khi nó quay quanh, cho thấy cách các phân tử dịch chuyển và lưu thông trên khắp quỹ đạo.
Trong số các phân tử mới được phát hiện, sự hiện diện của silicon monoxide đặc biệt có ý nghĩa, các nhà khoa học cho biết, vì nó thường không được tìm thấy ở dạng khí mà họ quan sát thấy. Thay vào đó, các nhà nghiên cứu cho rằng loại khí này ban đầu bị khóa trong các khoáng chất rắn như thạch anh bên trong các hành tinh nhỏ có kích thước bằng tiểu hành tinh đã đâm vào hành tinh trẻ. Theo thời gian, khi hành tinh này phát triển và xoắn ốc hướng vào trong về phía ngôi sao của nó, những vật liệu đó sẽ bị bốc hơi và hòa vào bầu khí quyển của nó, theo một trong những bài báo mới được công bố trên tạp chí Nature Astronomy.
Những câu chuyện liên quan:
— Các nhà khoa học đặt câu hỏi về những dấu hiệu có thể có của sự sống trên ngoại hành tinh K2-18b trong nghiên cứu mới: 'Chúng tôi chưa bao giờ thấy nhiều hơn những gợi ý không đáng kể'
— Các nhà khoa học đã tìm thấy một hành tinh lùn mới có thể — điều này có thể báo hiệu tin xấu cho những người hâm mộ Hành tinh 9
— 'Hình ảnh em bé' của ngoại hành tinh tiết lộ những mặt trăng ngoài hệ mặt trời có thể đang hình thành xung quanh các thế giới sơ sinh
Ở phía "ban đêm" mát mẻ hơn của WASP-121b, các nhà nghiên cứu đã tìm thấy rất nhiều khí mê-tan. Điều này thực sự bất ngờ vì mê-tan thường bị phân hủy dưới nhiệt độ như vậy, nghiên cứu lưu ý.
"Với mức độ nóng như vậy của hành tinh này, chúng tôi không ngờ lại thấy mê-tan ở phía ban đêm của nó", đồng tác giả nghiên cứu Anjali Piette, phó giáo sư thiên văn học tại Đại học Birmingham, cho biết trong tuyên bố.
Sự hiện diện của nó cho thấy khí mê-tan đang được bổ sung, có khả năng được kéo lên từ các lớp khí quyển sâu hơn, mát hơn.
"Điều này thách thức các mô hình động lực học ngoại hành tinh, có khả năng cần phải được điều chỉnh để tái tạo sự pha trộn theo chiều dọc mạnh mẽ mà chúng tôi đã phát hiện ra ở phía đêm của WASP-121b", tác giả chính của nghiên cứu Thomas Evans-Soma thuộc Đại học New Castle ở Úc cho biết thêm trong một tuyên bố.
