Kính viễn vọng không gian James Webb (JWST) của NASA đã phát hiện ra nước xoáy trong không khí của một hành tinh xa lạ, một nghiên cứu mới đưa tin.
Thế giới kỳ lạ đó là TOI-421 b, một "sao Hải Vương phụ" sôi sùng sục quay quanh một ngôi sao cách Trái đất khoảng 244 năm ánh sáng mà bầu khí quyển của nó JWST gần đây đã thăm dò chi tiết.
"Một trong những triển vọng thú vị nhất trong khoa học ngoại hành tinh ngày nay là khám phá ra nguồn gốc và cấu tạo của các sao Hải Vương phụ, là những hành tinh có mật độ xuất hiện cao và không có sự tương tự nào với hệ mặt trời", nhóm nghiên cứu đã viết trong bài báo của họ, được xuất bản vào thứ Hai (ngày 5 tháng 5) trên The Astronomical Journal Letters.
Mặc dù JWST được thiết kế riêng cho loại điều tra này, nhưng khám phá này đặc biệt thú vị vì chúng ta biết rất ít về loại hành tinh này, lần đầu tiên được xác định bởi kính viễn vọng không gian Kepler tiên phong của NASA. Trước JWST, các nỗ lực nghiên cứu bầu khí quyển của các hành tinh cận Hải Vương tinh bằng cách sử dụng quang phổ truyền qua — phép đo ánh sáng từ các ngôi sao được lọc qua bầu khí quyển của một hành tinh khi nó đi qua trước ngôi sao chủ của nó — thường cho ra quang phổ phẳng hoặc không có đặc điểm gì.
Vì vậy, thay vì hiển thị dấu vân tay hóa học có thể chỉ ra sự hiện diện của các phân tử khí quyển như carbon dioxide, methane hoặc hơi nước, quang phổ của các hành tinh cận Hải Vương tinh thường cung cấp ít thông tin hữu ích. Các nhà thiên văn học đề xuất rằng sự thiếu chi tiết này có thể là do mây hoặc sương mù, có thể che khuất các tín hiệu.
Nhưng nhóm nghiên cứu cho rằng TOI-421 b có thể khác và do đó có thể mang đến một cơ hội độc đáo.
"Tại sao chúng tôi quan sát hành tinh này, TOI-421 b? Đó là vì chúng tôi nghĩ rằng có thể nó sẽ không có sương mù", nhà nghiên cứu chính Eliza Kempton, giáo sư thiên văn học tại Đại học Maryland, nói trong một tuyên bố. "Và lý do là có một số dữ liệu trước đó ngụ ý rằng có lẽ các hành tinh [dưới Sao Hải Vương] trong một phạm vi nhiệt độ nhất định ít bị sương mù hoặc mây che phủ hơn những hành tinh khác."
Các quan sát trước đây bằng Kính viễn vọng không gian Hubble của NASA đã chỉ ra rằng các đặc điểm quang phổ phẳng là phổ biến ở các hành tinh dưới Sao Hải Vương có nhiệt độ dưới khoảng 1.070 độ F (577 độ C).
"Các hành tinh dưới Sao Hải Vương nóng hơn [ngưỡng này] cũng được dự kiến là không có sương mù vì mêtan, và do đó là tiền chất hydrocarbon tạo nên sương mù, sẽ ít phong phú hơn khi carbon monoxide trở thành phân tử mang carbon chiếm ưu thế", nhóm nghiên cứu đã viết trong nghiên cứu mới.
TOI-421 b, với nhiệt độ khí quyển ước tính là 1.340 độ F (727 độ C), nằm trong danh mục có khả năng không có sương mù này — và sau khi quan sát hai lần quá cảnh bằng Máy quang phổ hồng ngoại gần và Máy ảnh hồng ngoại gần và Máy quang phổ không khe hở của JWST, nhóm nghiên cứu đã được thưởng một cấu hình khí quyển phong phú.
"Chúng tôi đã thấy các đặc điểm quang phổ mà chúng tôi cho là của nhiều loại khí khác nhau và điều đó cho phép chúng tôi xác định thành phần của khí quyển", Brian Davenport, Tiến sĩ sinh viên tại Đại học Maryland, người đã tiến hành phân tích dữ liệu chính, cho biết trong cùng một tuyên bố.
Các bài viết liên quan:
— Kính viễn vọng không gian James Webb (JWST) — Hướng dẫn đầy đủ
— Những nghi ngờ về dấu hiệu của sự sống ngoài hành tinh trên ngoại hành tinh K2-18b đang gia tăng: 'Đây là bằng chứng về quá trình khoa học đang diễn ra'
— Hệ thống ngoại hành tinh hiếm này có 6 'tiểu Hải Vương tinh' với quỹ đạo hoàn hảo về mặt toán học
Nhóm nghiên cứu đã phát hiện hơi nước trong bầu khí quyển của TOI-421 b, cùng với các dấu hiệu có thể có của carbon monoxide và lưu huỳnh dioxide. Đáng chú ý là họ không tìm thấy bằng chứng về mêtan hoặc carbon dioxide. Dữ liệu cũng cho thấy bầu khí quyển chứa một lượng lớn hydro.
Một số phát hiện này thật đáng ngạc nhiên, thách thức các lý thuyết hiện có về sự hình thành và tiến hóa của các hành tinh cận Sao Hải Vương.
"Chúng tôi gần đây đã nghĩ đến ý tưởng rằng một vài tiểu Hải Vương tinh đầu tiên được Webb quan sát có bầu khí quyển phân tử nặng, vì vậy chúng tôi đã kỳ vọng như vậy, và sau đó chúng tôi phát hiện ra điều ngược lại", Kempton cho biết. Điều này có nghĩa là TOI-421 b có thể đã hình thành và tiến hóa khác với các tiểu Hải Vương tinh lạnh hơn, chẳng hạn như TOI-270 d, đã được quan sát trước đó.
Bầu khí quyển giàu hydro đặc biệt hấp dẫn vì nó phản ánh chặt chẽ thành phần của ngôi sao chủ của TOI-421 b.
"Nếu bạn chỉ lấy cùng một loại khí tạo nên ngôi sao chủ, đặt nó lên trên bầu khí quyển của một hành tinh và đặt nó ở nhiệt độ mát hơn nhiều của hành tinh này, bạn sẽ thu được cùng một sự kết hợp các loại khí", Kempton cho biết. "Quá trình đó phù hợp hơn với các hành tinh khổng lồ trong hệ mặt trời của chúng ta, và nó khác với các tiểu Hải Vương tinh khác đã được quan sát thấy với Webb cho đến nay."
"Tôi đã chờ đợi Webb trong suốt sự nghiệp của mình để chúng ta có thể mô tả một cách có ý nghĩa bầu khí quyển của những hành tinh nhỏ hơn này," cô tiếp tục. "Bằng cách nghiên cứu bầu khí quyển của chúng, chúng ta đang hiểu rõ hơn về cách các tiểu Hải Vương tinh hình thành và tiến hóa, và một phần trong đó là hiểu được lý do tại sao chúng không tồn tại trong hệ mặt trời của chúng ta."
Thế giới kỳ lạ đó là TOI-421 b, một "sao Hải Vương phụ" sôi sùng sục quay quanh một ngôi sao cách Trái đất khoảng 244 năm ánh sáng mà bầu khí quyển của nó JWST gần đây đã thăm dò chi tiết.
"Một trong những triển vọng thú vị nhất trong khoa học ngoại hành tinh ngày nay là khám phá ra nguồn gốc và cấu tạo của các sao Hải Vương phụ, là những hành tinh có mật độ xuất hiện cao và không có sự tương tự nào với hệ mặt trời", nhóm nghiên cứu đã viết trong bài báo của họ, được xuất bản vào thứ Hai (ngày 5 tháng 5) trên The Astronomical Journal Letters.
Mặc dù JWST được thiết kế riêng cho loại điều tra này, nhưng khám phá này đặc biệt thú vị vì chúng ta biết rất ít về loại hành tinh này, lần đầu tiên được xác định bởi kính viễn vọng không gian Kepler tiên phong của NASA. Trước JWST, các nỗ lực nghiên cứu bầu khí quyển của các hành tinh cận Hải Vương tinh bằng cách sử dụng quang phổ truyền qua — phép đo ánh sáng từ các ngôi sao được lọc qua bầu khí quyển của một hành tinh khi nó đi qua trước ngôi sao chủ của nó — thường cho ra quang phổ phẳng hoặc không có đặc điểm gì.
Vì vậy, thay vì hiển thị dấu vân tay hóa học có thể chỉ ra sự hiện diện của các phân tử khí quyển như carbon dioxide, methane hoặc hơi nước, quang phổ của các hành tinh cận Hải Vương tinh thường cung cấp ít thông tin hữu ích. Các nhà thiên văn học đề xuất rằng sự thiếu chi tiết này có thể là do mây hoặc sương mù, có thể che khuất các tín hiệu.
Nhưng nhóm nghiên cứu cho rằng TOI-421 b có thể khác và do đó có thể mang đến một cơ hội độc đáo.
"Tại sao chúng tôi quan sát hành tinh này, TOI-421 b? Đó là vì chúng tôi nghĩ rằng có thể nó sẽ không có sương mù", nhà nghiên cứu chính Eliza Kempton, giáo sư thiên văn học tại Đại học Maryland, nói trong một tuyên bố. "Và lý do là có một số dữ liệu trước đó ngụ ý rằng có lẽ các hành tinh [dưới Sao Hải Vương] trong một phạm vi nhiệt độ nhất định ít bị sương mù hoặc mây che phủ hơn những hành tinh khác."
Các quan sát trước đây bằng Kính viễn vọng không gian Hubble của NASA đã chỉ ra rằng các đặc điểm quang phổ phẳng là phổ biến ở các hành tinh dưới Sao Hải Vương có nhiệt độ dưới khoảng 1.070 độ F (577 độ C).
"Các hành tinh dưới Sao Hải Vương nóng hơn [ngưỡng này] cũng được dự kiến là không có sương mù vì mêtan, và do đó là tiền chất hydrocarbon tạo nên sương mù, sẽ ít phong phú hơn khi carbon monoxide trở thành phân tử mang carbon chiếm ưu thế", nhóm nghiên cứu đã viết trong nghiên cứu mới.
TOI-421 b, với nhiệt độ khí quyển ước tính là 1.340 độ F (727 độ C), nằm trong danh mục có khả năng không có sương mù này — và sau khi quan sát hai lần quá cảnh bằng Máy quang phổ hồng ngoại gần và Máy ảnh hồng ngoại gần và Máy quang phổ không khe hở của JWST, nhóm nghiên cứu đã được thưởng một cấu hình khí quyển phong phú.
"Chúng tôi đã thấy các đặc điểm quang phổ mà chúng tôi cho là của nhiều loại khí khác nhau và điều đó cho phép chúng tôi xác định thành phần của khí quyển", Brian Davenport, Tiến sĩ sinh viên tại Đại học Maryland, người đã tiến hành phân tích dữ liệu chính, cho biết trong cùng một tuyên bố.
Các bài viết liên quan:
— Kính viễn vọng không gian James Webb (JWST) — Hướng dẫn đầy đủ
— Những nghi ngờ về dấu hiệu của sự sống ngoài hành tinh trên ngoại hành tinh K2-18b đang gia tăng: 'Đây là bằng chứng về quá trình khoa học đang diễn ra'
— Hệ thống ngoại hành tinh hiếm này có 6 'tiểu Hải Vương tinh' với quỹ đạo hoàn hảo về mặt toán học
Nhóm nghiên cứu đã phát hiện hơi nước trong bầu khí quyển của TOI-421 b, cùng với các dấu hiệu có thể có của carbon monoxide và lưu huỳnh dioxide. Đáng chú ý là họ không tìm thấy bằng chứng về mêtan hoặc carbon dioxide. Dữ liệu cũng cho thấy bầu khí quyển chứa một lượng lớn hydro.
Một số phát hiện này thật đáng ngạc nhiên, thách thức các lý thuyết hiện có về sự hình thành và tiến hóa của các hành tinh cận Sao Hải Vương.
"Chúng tôi gần đây đã nghĩ đến ý tưởng rằng một vài tiểu Hải Vương tinh đầu tiên được Webb quan sát có bầu khí quyển phân tử nặng, vì vậy chúng tôi đã kỳ vọng như vậy, và sau đó chúng tôi phát hiện ra điều ngược lại", Kempton cho biết. Điều này có nghĩa là TOI-421 b có thể đã hình thành và tiến hóa khác với các tiểu Hải Vương tinh lạnh hơn, chẳng hạn như TOI-270 d, đã được quan sát trước đó.
Bầu khí quyển giàu hydro đặc biệt hấp dẫn vì nó phản ánh chặt chẽ thành phần của ngôi sao chủ của TOI-421 b.
"Nếu bạn chỉ lấy cùng một loại khí tạo nên ngôi sao chủ, đặt nó lên trên bầu khí quyển của một hành tinh và đặt nó ở nhiệt độ mát hơn nhiều của hành tinh này, bạn sẽ thu được cùng một sự kết hợp các loại khí", Kempton cho biết. "Quá trình đó phù hợp hơn với các hành tinh khổng lồ trong hệ mặt trời của chúng ta, và nó khác với các tiểu Hải Vương tinh khác đã được quan sát thấy với Webb cho đến nay."
"Tôi đã chờ đợi Webb trong suốt sự nghiệp của mình để chúng ta có thể mô tả một cách có ý nghĩa bầu khí quyển của những hành tinh nhỏ hơn này," cô tiếp tục. "Bằng cách nghiên cứu bầu khí quyển của chúng, chúng ta đang hiểu rõ hơn về cách các tiểu Hải Vương tinh hình thành và tiến hóa, và một phần trong đó là hiểu được lý do tại sao chúng không tồn tại trong hệ mặt trời của chúng ta."