Một siêu Trái Đất có thể giải thích sự thiếu hụt bí ẩn của một số ngoại hành tinh trong vũ trụ đã được Vệ tinh Khảo sát Ngoại hành tinh Quá cảnh (TESS) của NASA và thiết bị ESPRESSO đo hành tinh trên Kính viễn vọng Rất lớn ở Chile tìm thấy.
"Đây là một sự bổ sung nhỏ vào danh sách dài các hành tinh đã biết, nhưng những khám phá như vậy rất cần thiết để cải thiện sự hiểu biết của chúng ta về cơ chế hình thành và tiến hóa của hành tinh", José Rodrigues thuộc Viện Vật lý thiên văn Porto, người đứng đầu nghiên cứu, cho biết trong tuyên bố. "Cần thêm nhiều [hành tinh] nữa để biến các giả thuyết của chúng ta thành những điều chắc chắn về mặt khoa học."
ngoại hành tinh có tên là TOI-512b, nằm cách chúng ta 218 năm ánh sáng. Nó được TESS xác định lần đầu tiên vào năm 2020, khi hành tinh này di chuyển qua, hoặc thường xuyên di chuyển phía trước, ngôi sao của nó, chặn một số ánh sáng của ngôi sao đó không đến được điểm quan sát của chúng ta trong vũ trụ. Dựa trên lượng ánh sáng bị chặn, các nhà thiên văn học đã đo bán kính của TOI-512b bằng 1,54 lần kích thước của Trái Đất.
Để xác nhận rằng TOI-512b là một hành tinh thực sự, chứ không phải là kết quả dương tính giả do hoạt động trên ngôi sao, thiết bị ESPRESSO (Echelle Spectrograph for Rocky Exoplanets and Stable Spectroscopic Observation) trên Kính thiên văn rất lớn đã đo vận tốc xuyên tâm của ngôi sao trên thế giới này. Đây là "sự dao động" trong quá trình quay của ngôi sao do lực hấp dẫn của hành tinh quay quanh kéo ngôi sao. Các phép đo của ESPRESSO xác định khối lượng của TOI-512b lớn hơn Trái Đất 3,57 lần.
Biết được bán kính và khối lượng của nó, các nhà thiên văn học có thể tính toán được mật độ trung bình của TOI-512b, xác định rằng nó có mật độ khối là 5,62 gam trên một centimet khối. Nó dày đặc hơn một chút so với Trái Đất, có mật độ trung bình là 5,52 gam trên một centimet khối.
Nếu TOI-512b có kích thước bằng Trái Đất với mật độ này, chúng ta sẽ suy ra một hành tinh đá rắn chắc — nhưng TOI-512b lớn hơn và nặng hơn Trái Đất, vì vậy câu chuyện phức tạp hơn.
TOI-512b quay quanh ngôi sao của nó cứ sau 7,1 ngày ở khoảng cách chỉ 9.863.797 kilômét (6.129.079 dặm). Điều này có nghĩa là nó trở nên khá nóng — nó quá gần ngôi sao của mình để nằm trong vùng có thể ở được, nhận được lượng nhiệt từ ngôi sao của nó gấp 112 lần so với Trái Đất. Kích thước của nó cũng đặt nó ngay bên dưới cái mà các nhà nghiên cứu gọi là "sa mạc Sao Hải Vương nóng."
Các nhà thiên văn học đang tìm thấy các ngoại hành tinh với vô số kích thước và khối lượng, nhưng dường như có sự thiếu hụt đáng kể các thế giới có bán kính gấp khoảng 1,8 đến 2,4 lần bán kính Trái Đất. Đây là sa mạc đã nói ở trên, và một giả thuyết cho rằng khi các hành tinh có kích thước Sao Hải Vương giàu khí và băng di chuyển vào bên trong hướng về phía ngôi sao của chúng, bức xạ sao sẽ thổi bay bầu khí quyển của chúng, loại bỏ phần lớn khí và để lại một thế giới nhỏ hơn vào cuối quá trình.
Khả năng khác là nhiệt còn sót lại từ quá trình hình thành hành tinh rò rỉ ra từ bên trong và vào lớp khí dày của nó, làm nóng nó để nó có thể thoát ra dễ dàng hơn. Điều này được gọi là mất khối lượng do lõi.
TOI-512b có thể đã từng là một thế giới giống như Sao Hải Vương đã mất hầu hết khí của nó. Dựa trên mật độ, khối lượng và thể tích của nó, nhóm của Rodrigues đã lập mô hình về cấu trúc bên trong của hành tinh này. Họ kết luận rằng mô hình phù hợp nhất mô tả một lõi bên trong nhỏ chiếm 13% khối lượng của hành tinh, một lớp phủ đóng góp 69% và một lớp nước lên tới 16% khối lượng của hành tinh, với 2% còn lại được trao cho lớp khí hiện đã cạn kiệt. So sánh với Trái đất, nơi khối lượng nước chỉ là 0,02%.
Tuy nhiên, nếu TOI-152b bị giảm bởi bức xạ sao, sẽ không còn nước hoặc bầu khí quyển nào nữa. Thay vào đó, nhóm của Rodrigues cho rằng sự mất khối lượng do lõi là lời giải thích tốt hơn, đặc biệt là đối với độ tuổi 8,235 tỷ năm của TOI-152b (mặc dù có độ không chắc chắn là 4,386 tỷ năm), vì sự mất khối lượng do lõi là một quá trình có thể kéo dài hàng tỷ năm.
Điều đó không có nghĩa là tất cả các hành tinh đi qua sa mạc Sao Hải Vương nóng bỏng đều mất lớp vỏ khí theo cùng một cách. Có khả năng lớp khí của chúng có thể bị loại bỏ bởi một hoặc cả hai yếu tố bức xạ mặt trời và mất khối lượng do lõi, tùy thuộc vào hành tinh và ngôi sao. Như Rodrigues đã nêu ở đầu bài viết này, các nhà thiên văn học cần nhiều ví dụ hơn nữa trước khi họ có thể bắt đầu đưa ra kết luận chắc chắn.
Các bài viết liên quan:
— Siêu Trái Đất quay quanh vùng có thể ở được của ngôi sao của nó và quay quanh vùng đó. Liệu sự sống có thể tồn tại?
— Kính viễn vọng không gian NASA tìm thấy ngoại hành tinh có kích thước bằng Trái Đất, "không phải là nơi tệ" để săn tìm sự sống
— Danh mục ngoại hành tinh mới đồ sộ của NASA tiết lộ 126 thế giới cực đoan và kỳ lạ
Nghiên cứu cũng loại trừ một hành tinh ứng cử viên thứ hai đã được ám chỉ trong các quan sát của TESS. Đối với các lần theo dõi, hành tinh này có thể hơi xa và khó để Kính viễn vọng không gian James Webb thực hiện quang phổ quá cảnh — tức là nghiên cứu bầu khí quyển của một hành tinh khi hành tinh đó đi qua ngôi sao của nó và một phần ánh sáng của ngôi sao được lọc qua bầu khí quyển — với nhóm của Rodrigues cho rằng quá trình này với JWST có thể "tẻ nhạt". Thay vào đó, họ đề xuất rằng máy quang phổ ANDES (Armazones high Dispersion Echelle Spectrograph) trên Kính viễn vọng cực lớn 39 mét (128 feet) sắp ra mắt tại Đài quan sát Nam Âu ở Chile có thể sẽ may mắn hơn.
Những phát hiện về TOI-512b đã được công bố vào ngày 25 tháng 3 trên Thiên văn học & Vật lý thiên văn.
"Đây là một sự bổ sung nhỏ vào danh sách dài các hành tinh đã biết, nhưng những khám phá như vậy rất cần thiết để cải thiện sự hiểu biết của chúng ta về cơ chế hình thành và tiến hóa của hành tinh", José Rodrigues thuộc Viện Vật lý thiên văn Porto, người đứng đầu nghiên cứu, cho biết trong tuyên bố. "Cần thêm nhiều [hành tinh] nữa để biến các giả thuyết của chúng ta thành những điều chắc chắn về mặt khoa học."
ngoại hành tinh có tên là TOI-512b, nằm cách chúng ta 218 năm ánh sáng. Nó được TESS xác định lần đầu tiên vào năm 2020, khi hành tinh này di chuyển qua, hoặc thường xuyên di chuyển phía trước, ngôi sao của nó, chặn một số ánh sáng của ngôi sao đó không đến được điểm quan sát của chúng ta trong vũ trụ. Dựa trên lượng ánh sáng bị chặn, các nhà thiên văn học đã đo bán kính của TOI-512b bằng 1,54 lần kích thước của Trái Đất.
Để xác nhận rằng TOI-512b là một hành tinh thực sự, chứ không phải là kết quả dương tính giả do hoạt động trên ngôi sao, thiết bị ESPRESSO (Echelle Spectrograph for Rocky Exoplanets and Stable Spectroscopic Observation) trên Kính thiên văn rất lớn đã đo vận tốc xuyên tâm của ngôi sao trên thế giới này. Đây là "sự dao động" trong quá trình quay của ngôi sao do lực hấp dẫn của hành tinh quay quanh kéo ngôi sao. Các phép đo của ESPRESSO xác định khối lượng của TOI-512b lớn hơn Trái Đất 3,57 lần.
Biết được bán kính và khối lượng của nó, các nhà thiên văn học có thể tính toán được mật độ trung bình của TOI-512b, xác định rằng nó có mật độ khối là 5,62 gam trên một centimet khối. Nó dày đặc hơn một chút so với Trái Đất, có mật độ trung bình là 5,52 gam trên một centimet khối.
Nếu TOI-512b có kích thước bằng Trái Đất với mật độ này, chúng ta sẽ suy ra một hành tinh đá rắn chắc — nhưng TOI-512b lớn hơn và nặng hơn Trái Đất, vì vậy câu chuyện phức tạp hơn.
TOI-512b quay quanh ngôi sao của nó cứ sau 7,1 ngày ở khoảng cách chỉ 9.863.797 kilômét (6.129.079 dặm). Điều này có nghĩa là nó trở nên khá nóng — nó quá gần ngôi sao của mình để nằm trong vùng có thể ở được, nhận được lượng nhiệt từ ngôi sao của nó gấp 112 lần so với Trái Đất. Kích thước của nó cũng đặt nó ngay bên dưới cái mà các nhà nghiên cứu gọi là "sa mạc Sao Hải Vương nóng."
Các nhà thiên văn học đang tìm thấy các ngoại hành tinh với vô số kích thước và khối lượng, nhưng dường như có sự thiếu hụt đáng kể các thế giới có bán kính gấp khoảng 1,8 đến 2,4 lần bán kính Trái Đất. Đây là sa mạc đã nói ở trên, và một giả thuyết cho rằng khi các hành tinh có kích thước Sao Hải Vương giàu khí và băng di chuyển vào bên trong hướng về phía ngôi sao của chúng, bức xạ sao sẽ thổi bay bầu khí quyển của chúng, loại bỏ phần lớn khí và để lại một thế giới nhỏ hơn vào cuối quá trình.
Khả năng khác là nhiệt còn sót lại từ quá trình hình thành hành tinh rò rỉ ra từ bên trong và vào lớp khí dày của nó, làm nóng nó để nó có thể thoát ra dễ dàng hơn. Điều này được gọi là mất khối lượng do lõi.
TOI-512b có thể đã từng là một thế giới giống như Sao Hải Vương đã mất hầu hết khí của nó. Dựa trên mật độ, khối lượng và thể tích của nó, nhóm của Rodrigues đã lập mô hình về cấu trúc bên trong của hành tinh này. Họ kết luận rằng mô hình phù hợp nhất mô tả một lõi bên trong nhỏ chiếm 13% khối lượng của hành tinh, một lớp phủ đóng góp 69% và một lớp nước lên tới 16% khối lượng của hành tinh, với 2% còn lại được trao cho lớp khí hiện đã cạn kiệt. So sánh với Trái đất, nơi khối lượng nước chỉ là 0,02%.
Tuy nhiên, nếu TOI-152b bị giảm bởi bức xạ sao, sẽ không còn nước hoặc bầu khí quyển nào nữa. Thay vào đó, nhóm của Rodrigues cho rằng sự mất khối lượng do lõi là lời giải thích tốt hơn, đặc biệt là đối với độ tuổi 8,235 tỷ năm của TOI-152b (mặc dù có độ không chắc chắn là 4,386 tỷ năm), vì sự mất khối lượng do lõi là một quá trình có thể kéo dài hàng tỷ năm.
Điều đó không có nghĩa là tất cả các hành tinh đi qua sa mạc Sao Hải Vương nóng bỏng đều mất lớp vỏ khí theo cùng một cách. Có khả năng lớp khí của chúng có thể bị loại bỏ bởi một hoặc cả hai yếu tố bức xạ mặt trời và mất khối lượng do lõi, tùy thuộc vào hành tinh và ngôi sao. Như Rodrigues đã nêu ở đầu bài viết này, các nhà thiên văn học cần nhiều ví dụ hơn nữa trước khi họ có thể bắt đầu đưa ra kết luận chắc chắn.
Các bài viết liên quan:
— Siêu Trái Đất quay quanh vùng có thể ở được của ngôi sao của nó và quay quanh vùng đó. Liệu sự sống có thể tồn tại?
— Kính viễn vọng không gian NASA tìm thấy ngoại hành tinh có kích thước bằng Trái Đất, "không phải là nơi tệ" để săn tìm sự sống
— Danh mục ngoại hành tinh mới đồ sộ của NASA tiết lộ 126 thế giới cực đoan và kỳ lạ
Nghiên cứu cũng loại trừ một hành tinh ứng cử viên thứ hai đã được ám chỉ trong các quan sát của TESS. Đối với các lần theo dõi, hành tinh này có thể hơi xa và khó để Kính viễn vọng không gian James Webb thực hiện quang phổ quá cảnh — tức là nghiên cứu bầu khí quyển của một hành tinh khi hành tinh đó đi qua ngôi sao của nó và một phần ánh sáng của ngôi sao được lọc qua bầu khí quyển — với nhóm của Rodrigues cho rằng quá trình này với JWST có thể "tẻ nhạt". Thay vào đó, họ đề xuất rằng máy quang phổ ANDES (Armazones high Dispersion Echelle Spectrograph) trên Kính viễn vọng cực lớn 39 mét (128 feet) sắp ra mắt tại Đài quan sát Nam Âu ở Chile có thể sẽ may mắn hơn.
Những phát hiện về TOI-512b đã được công bố vào ngày 25 tháng 3 trên Thiên văn học & Vật lý thiên văn.
