Các nhà thiên văn học đã công bố rằng Kính viễn vọng không gian James Webb đã chụp thành công những hình ảnh trực tiếp đầu tiên về khí carbon dioxide trên một hành tinh ngoài hệ mặt trời của chúng ta. Những phát hiện này vừa là minh chứng cho sức mạnh của kính viễn vọng trong việc chụp ảnh trực tiếp vừa cung cấp những hiểu biết có giá trị về cách các hành tinh hình thành, cả trong hệ mặt trời của chúng ta và trên khắp vũ trụ.
Những quan sát mới nhất của Kính viễn vọng không gian James Webb (JWST) tập trung vào hệ thống HR 8799, bao gồm bốn hành tinh quay quanh ngôi sao chủ của chúng cách Trái đất khoảng 130 năm ánh sáng trong chòm sao Pegasus. Các quan sát trước đây đã cho thấy bốn trong số chúng có khối lượng lớn hơn Sao Mộc và nằm trên các quỹ đạo có chu kỳ kéo dài từ hàng thập kỷ đến hàng thế kỷ.
Hệ thống này từ lâu đã thu hút sự chú ý của các nhà thiên văn học nghiên cứu quá trình hình thành hành tinh, phần lớn là do tuổi đời còn trẻ của nó — chỉ mới 30 triệu năm tuổi, những hành tinh này vẫn tỏa ra nhiệt lượng còn sót lại từ khi chúng mới ra đời, mà JWST có thể quan sát được ở các bước sóng giúp phân biệt các loại khí cụ thể và các khí quyển khác chi tiết.
Khí carbon dioxide mới được phát hiện ở một trong những hành tinh, HR 8799 e, cho thấy có một lượng lớn kim loại nặng trong bầu khí quyển của hành tinh này, phù hợp với lý thuyết "từ dưới lên" hàng đầu về sự hình thành hành tinh: Các thế giới dần dần kết tụ lại với nhau trong hàng triệu năm từ đĩa khí và bụi xoáy xung quanh một ngôi sao trẻ, tương tự như cách các hành tinh trong hệ mặt trời của chúng ta hình thành.
Nhưng nghiên cứu gần đây đã đưa ra bằng chứng thuyết phục rằng vật liệu hình thành hành tinh xung quanh một ngôi sao trẻ cũng có thể sụp đổ nhanh chóng thành một hành tinh khổng lồ, cho thấy có nhiều cách để hình thành một hành tinh và quá trình này phức tạp hơn những gì các nhà thiên văn học nghĩ. Việc xác định được quá trình nào phổ biến hơn giữa các hành tinh trong vũ trụ có thể cung cấp cho các nhà khoa học manh mối để phân biệt giữa các loại ngoại hành tinh mà họ phát hiện ra trong các hệ mặt trời xa xôi.
"Hy vọng của chúng tôi với loại nghiên cứu này là hiểu được hệ mặt trời, sự sống và chính chúng ta khi so sánh với các hệ ngoại hành tinh khác", William Balmer, một nhà thiên văn học tại Đại học Johns Hopkins ở Maryland, người đứng đầu nghiên cứu mới này, cho biết trong tuyên bố. "Chúng tôi muốn chụp ảnh các hệ mặt trời khác và xem chúng giống hoặc khác nhau như thế nào khi so sánh với hệ mặt trời của chúng ta. Từ đó, chúng tôi có thể cố gắng cảm nhận hệ mặt trời của chúng ta thực sự kỳ lạ như thế nào — hoặc bình thường như thế nào."
Các quan sát của JWST cho thấy các hành tinh HR 8799 chứa nhiều nguyên tố nặng hơn so với suy nghĩ trước đây, cho thấy chúng hình thành theo cách tương tự như các hành tinh khí khổng lồ trong hệ mặt trời của chúng ta là Sao Mộc và Sao Thổ.
JWST cũng phát hiện ra ánh sáng hồng ngoại phát ra từ hành tinh trong cùng của hệ thống, có tên là HR 8799 e, theo một nghiên cứu được công bố hôm nay trên Tạp chí Vật lý thiên văn. Những phát hiện này, làm nổi bật độ nhạy của kính thiên văn trong việc quan sát các hành tinh mờ nằm gần các ngôi sao sáng điển hình của chúng, có ý nghĩa quan trọng vì rất ít ngoại hành tinh được chụp ảnh trực tiếp — một nhiệm vụ đặc biệt khó khăn vì các hành tinh xa xôi dễ bị các ngôi sao chủ sáng của chúng làm lu mờ.
"Chúng tôi đã chờ đợi 10 năm để xác nhận rằng các hoạt động tinh chỉnh của kính thiên văn cũng sẽ cho phép chúng tôi tiếp cận được bên trong hành tinh", Rémi Soummer thuộc Viện Khoa học Kính viễn vọng Không gian, người trước đây đã chỉ đạo các hoạt động chụp vành nhật hoa của Webb, cho biết trong tuyên bố. "Bây giờ kết quả đã có và chúng ta có thể thực hiện các nghiên cứu khoa học thú vị với nó".
JWST cũng đã chụp ảnh 51 Eridani, một hệ sao cách xa 97 năm ánh sáng. Kính viễn vọng có thể chụp trực tiếp hình ảnh 51 Eridani b, một hành tinh trẻ, mát mẻ quay quanh ngôi sao chủ của nó ở khoảng 11 tỷ dặm (17,7 tỷ km), một khoảng cách gần tương đương với khoảng cách mà Sao Hải Vương và Sao Thổ quay quanh Mặt Trời của chúng ta.
Trong các quan sát sắp tới, Soummer và các đồng nghiệp của ông hy vọng sẽ sử dụng các kính thiên văn chặn ánh sáng của Webb để phân tích một số lượng lớn các thiên hà khổng lồ các ngoại hành tinh và so sánh thành phần của chúng với nhiều mô hình lý thuyết khác nhau.
CÂU CHUYỆN LIÊN QUAN:
— Vũ trụ của chúng ta có bị mắc kẹt bên trong một lỗ đen không? Khám phá này của Kính viễn vọng không gian James Webb có thể khiến bạn phải kinh ngạc
— Nhà thiên văn học này đã tìm thấy một ngôi sao bí ẩn trong dữ liệu của Kính viễn vọng không gian James Webb
— Kính viễn vọng không gian James Webb điều tra nguồn gốc của 'những ngôi sao hỏng' trong Tinh vân Ngọn lửa
Ngoài ra, các quan sát mới cũng mở đường cho các quan sát chi tiết hơn có thể xác định liệu các ứng cử viên ngoại hành tinh có thực sự là các hành tinh khổng lồ hay các vật thể như sao lùn nâu, hình thành giống như các ngôi sao nhưng không có khối lượng cần thiết để kích hoạt phản ứng tổng hợp hạt nhân. Bản chất của chúng có thể đóng vai trò quan trọng trong tiềm năng sinh sống trong hệ mặt trời, Balmer cho biết trong tuyên bố.
"Nếu bạn có những hành tinh khổng lồ này hoạt động như những quả bóng bowling chạy qua hệ mặt trời của mình, chúng thực sự có thể phá vỡ, bảo vệ hoặc làm một chút cả hai việc đối với các hành tinh như hành tinh của chúng ta", ông nói.
"Hiểu rõ hơn về quá trình hình thành của chúng là một bước quan trọng để hiểu được quá trình hình thành, sự tồn tại và khả năng sinh sống của các hành tinh giống Trái Đất trong tương lai".
Một nghiên cứu mới về Eridani 51 b và HR 8799 e bao gồm các quan sát JWST này đã được công bố ngày hôm nay trên Tạp chí Vật lý thiên văn.
Những quan sát mới nhất của Kính viễn vọng không gian James Webb (JWST) tập trung vào hệ thống HR 8799, bao gồm bốn hành tinh quay quanh ngôi sao chủ của chúng cách Trái đất khoảng 130 năm ánh sáng trong chòm sao Pegasus. Các quan sát trước đây đã cho thấy bốn trong số chúng có khối lượng lớn hơn Sao Mộc và nằm trên các quỹ đạo có chu kỳ kéo dài từ hàng thập kỷ đến hàng thế kỷ.
Hệ thống này từ lâu đã thu hút sự chú ý của các nhà thiên văn học nghiên cứu quá trình hình thành hành tinh, phần lớn là do tuổi đời còn trẻ của nó — chỉ mới 30 triệu năm tuổi, những hành tinh này vẫn tỏa ra nhiệt lượng còn sót lại từ khi chúng mới ra đời, mà JWST có thể quan sát được ở các bước sóng giúp phân biệt các loại khí cụ thể và các khí quyển khác chi tiết.
Khí carbon dioxide mới được phát hiện ở một trong những hành tinh, HR 8799 e, cho thấy có một lượng lớn kim loại nặng trong bầu khí quyển của hành tinh này, phù hợp với lý thuyết "từ dưới lên" hàng đầu về sự hình thành hành tinh: Các thế giới dần dần kết tụ lại với nhau trong hàng triệu năm từ đĩa khí và bụi xoáy xung quanh một ngôi sao trẻ, tương tự như cách các hành tinh trong hệ mặt trời của chúng ta hình thành.
Nhưng nghiên cứu gần đây đã đưa ra bằng chứng thuyết phục rằng vật liệu hình thành hành tinh xung quanh một ngôi sao trẻ cũng có thể sụp đổ nhanh chóng thành một hành tinh khổng lồ, cho thấy có nhiều cách để hình thành một hành tinh và quá trình này phức tạp hơn những gì các nhà thiên văn học nghĩ. Việc xác định được quá trình nào phổ biến hơn giữa các hành tinh trong vũ trụ có thể cung cấp cho các nhà khoa học manh mối để phân biệt giữa các loại ngoại hành tinh mà họ phát hiện ra trong các hệ mặt trời xa xôi.
"Hy vọng của chúng tôi với loại nghiên cứu này là hiểu được hệ mặt trời, sự sống và chính chúng ta khi so sánh với các hệ ngoại hành tinh khác", William Balmer, một nhà thiên văn học tại Đại học Johns Hopkins ở Maryland, người đứng đầu nghiên cứu mới này, cho biết trong tuyên bố. "Chúng tôi muốn chụp ảnh các hệ mặt trời khác và xem chúng giống hoặc khác nhau như thế nào khi so sánh với hệ mặt trời của chúng ta. Từ đó, chúng tôi có thể cố gắng cảm nhận hệ mặt trời của chúng ta thực sự kỳ lạ như thế nào — hoặc bình thường như thế nào."
Các quan sát của JWST cho thấy các hành tinh HR 8799 chứa nhiều nguyên tố nặng hơn so với suy nghĩ trước đây, cho thấy chúng hình thành theo cách tương tự như các hành tinh khí khổng lồ trong hệ mặt trời của chúng ta là Sao Mộc và Sao Thổ.
JWST cũng phát hiện ra ánh sáng hồng ngoại phát ra từ hành tinh trong cùng của hệ thống, có tên là HR 8799 e, theo một nghiên cứu được công bố hôm nay trên Tạp chí Vật lý thiên văn. Những phát hiện này, làm nổi bật độ nhạy của kính thiên văn trong việc quan sát các hành tinh mờ nằm gần các ngôi sao sáng điển hình của chúng, có ý nghĩa quan trọng vì rất ít ngoại hành tinh được chụp ảnh trực tiếp — một nhiệm vụ đặc biệt khó khăn vì các hành tinh xa xôi dễ bị các ngôi sao chủ sáng của chúng làm lu mờ.
"Chúng tôi đã chờ đợi 10 năm để xác nhận rằng các hoạt động tinh chỉnh của kính thiên văn cũng sẽ cho phép chúng tôi tiếp cận được bên trong hành tinh", Rémi Soummer thuộc Viện Khoa học Kính viễn vọng Không gian, người trước đây đã chỉ đạo các hoạt động chụp vành nhật hoa của Webb, cho biết trong tuyên bố. "Bây giờ kết quả đã có và chúng ta có thể thực hiện các nghiên cứu khoa học thú vị với nó".
JWST cũng đã chụp ảnh 51 Eridani, một hệ sao cách xa 97 năm ánh sáng. Kính viễn vọng có thể chụp trực tiếp hình ảnh 51 Eridani b, một hành tinh trẻ, mát mẻ quay quanh ngôi sao chủ của nó ở khoảng 11 tỷ dặm (17,7 tỷ km), một khoảng cách gần tương đương với khoảng cách mà Sao Hải Vương và Sao Thổ quay quanh Mặt Trời của chúng ta.
Trong các quan sát sắp tới, Soummer và các đồng nghiệp của ông hy vọng sẽ sử dụng các kính thiên văn chặn ánh sáng của Webb để phân tích một số lượng lớn các thiên hà khổng lồ các ngoại hành tinh và so sánh thành phần của chúng với nhiều mô hình lý thuyết khác nhau.
CÂU CHUYỆN LIÊN QUAN:
— Vũ trụ của chúng ta có bị mắc kẹt bên trong một lỗ đen không? Khám phá này của Kính viễn vọng không gian James Webb có thể khiến bạn phải kinh ngạc
— Nhà thiên văn học này đã tìm thấy một ngôi sao bí ẩn trong dữ liệu của Kính viễn vọng không gian James Webb
— Kính viễn vọng không gian James Webb điều tra nguồn gốc của 'những ngôi sao hỏng' trong Tinh vân Ngọn lửa
Ngoài ra, các quan sát mới cũng mở đường cho các quan sát chi tiết hơn có thể xác định liệu các ứng cử viên ngoại hành tinh có thực sự là các hành tinh khổng lồ hay các vật thể như sao lùn nâu, hình thành giống như các ngôi sao nhưng không có khối lượng cần thiết để kích hoạt phản ứng tổng hợp hạt nhân. Bản chất của chúng có thể đóng vai trò quan trọng trong tiềm năng sinh sống trong hệ mặt trời, Balmer cho biết trong tuyên bố.
"Nếu bạn có những hành tinh khổng lồ này hoạt động như những quả bóng bowling chạy qua hệ mặt trời của mình, chúng thực sự có thể phá vỡ, bảo vệ hoặc làm một chút cả hai việc đối với các hành tinh như hành tinh của chúng ta", ông nói.
"Hiểu rõ hơn về quá trình hình thành của chúng là một bước quan trọng để hiểu được quá trình hình thành, sự tồn tại và khả năng sinh sống của các hành tinh giống Trái Đất trong tương lai".
Một nghiên cứu mới về Eridani 51 b và HR 8799 e bao gồm các quan sát JWST này đã được công bố ngày hôm nay trên Tạp chí Vật lý thiên văn.
