Các nhà thiên văn học sử dụng Kính viễn vọng Không gian James Webb (JWST) của NASA vừa công bố phát hiện đặc biệt về một hành tinh khí khổng lồ hiếm gặp, có nhiệt độ gần với điều kiện trên Trái Đất hơn nhiều so với phần lớn các hành tinh khí khổng lồ từng được biết đến.
Hành tinh TOI-199b: Kích thước sao Thổ, nhiệt độ ôn hòa
Hành tinh mang tên TOI-199b có kích thước tương đương sao Thổ và sở hữu bầu khí quyển chứa khí metan – một dấu hiệu quan trọng giúp các nhà khoa học hiểu rõ hơn về cách các hành tinh và khí quyển của chúng hình thành, tiến hóa theo thời gian. Khám phá này thu hút sự chú ý bởi phần lớn các hành tinh khí khổng lồ được phát hiện trước đây thường tồn tại trong những môi trường cực đoan.
Trong Hệ Mặt Trời, các hành tinh như sao Mộc và sao Thổ có nhiệt độ rất thấp vì nằm xa Mặt Trời. Ngược lại, nhiều hành tinh khí khổng lồ ngoài Hệ Mặt Trời thuộc nhóm “Jupiter nóng” (Hot Jupiter), quay cực gần ngôi sao chủ và có nhiệt độ lên tới hàng nghìn độ C. TOI-199b lại nằm ở khoảng giữa của hai thái cực đó.
Nhóm hành tinh khí khổng lồ ôn hòa hiếm gặp
Các nhà khoa học xếp TOI-199b vào nhóm “hành tinh khí khổng lồ ôn hòa” (temperate giant planet) – một loại hành tinh cực kỳ hiếm trong số hàng nghìn ngoại hành tinh đã được phát hiện. Đây cũng là lần đầu tiên giới thiên văn có thể nghiên cứu chi tiết bầu khí quyển của một hành tinh thuộc nhóm đặc biệt này.
Nghiên cứu do các nhà khoa học thuộc Đại học Penn State và Phòng thí nghiệm Sức đẩy phản lực (JPL) của NASA tại Viện Công nghệ California thực hiện, đã được công bố trên tạp chí Astronomical Journal vào ngày 20/5. Theo nhà thiên văn học Renyu Hu, trưởng nhóm nghiên cứu, một trong những lợi ích lớn nhất của việc nghiên cứu ngoại hành tinh là khả năng quan sát những thế giới hoàn toàn khác với các hành tinh trong Hệ Mặt Trời, giúp hiểu rõ hơn cách các hệ hành tinh được hình thành và tiến hóa qua hàng tỷ năm.
Nhiệt độ 80 độ C – ấm hơn sao Mộc, mát hơn Jupiter nóng
TOI-199b quay quanh một ngôi sao cách Trái Đất hơn 330 năm ánh sáng, mỗi vòng quay kéo dài khoảng 100 ngày. Các phép đo cho thấy hành tinh này có nhiệt độ trung bình khoảng 80 độ C (175 độ F). Mặc dù mức nhiệt này vẫn quá nóng đối với con người, nhưng nó thấp hơn rất nhiều so với nhiệt độ trên các “Jupiter nóng”, nơi khí quyển có thể đạt tới hàng nghìn độ.
Các nhà khoa học cho biết nhiệt độ tương tự đôi khi vẫn xuất hiện bên trong những chiếc ô tô đỗ dưới ánh nắng trực tiếp trên Trái Đất. Điều đó khiến TOI-199b trở thành một thế giới đặc biệt: ấm hơn đáng kể so với các hành tinh khí đóng băng như sao Mộc hay sao Thổ, nhưng lại mát hơn nhiều so với các hành tinh khí siêu nóng thường được nghiên cứu. Chính vị trí “vừa phải” này khiến TOI-199b được ví như một hành tinh kiểu “Goldilocks” – thuật ngữ mô tả điều kiện không quá nóng cũng không quá lạnh, nằm trong khoảng lý tưởng để nghiên cứu các quá trình vật lý và hóa học của khí quyển.
Phân tích khí quyển bằng quang phổ truyền qua
Để phân tích bầu khí quyển của TOI-199b, các nhà thiên văn đã sử dụng kỹ thuật quang phổ truyền qua. Phương pháp này hoạt động khi hành tinh đi ngang qua phía trước ngôi sao chủ từ góc nhìn của kính thiên văn. Một phần ánh sáng từ ngôi sao sẽ xuyên qua lớp khí quyển của hành tinh trước khi đến được các thiết bị quan sát. JWST sau đó tách ánh sáng này thành nhiều bước sóng khác nhau, tương tự như cách một lăng kính phân tách ánh sáng trắng thành cầu vồng.
Nhà nghiên cứu Aaron Bello-Arufe, tác giả chính của công trình, giải thích rằng mỗi nguyên tố hoặc phân tử trong khí quyển sẽ hấp thụ những bước sóng ánh sáng riêng biệt, tạo ra một “dấu vân tay hóa học” đặc trưng trong phổ ánh sáng mà James Webb ghi nhận được. Thông qua phân tích những dấu vết này, các nhà khoa học có thể xác định thành phần hóa học của khí quyển mà không cần trực tiếp đến hành tinh đó.
Khí metan và các dấu hiệu hóa học khác
Kết quả phân tích cho thấy khí metan hiện diện rõ ràng trong bầu khí quyển của TOI-199b. Đây là phát hiện có ý nghĩa lớn bởi các mô hình lý thuyết từ trước đã dự đoán rằng những hành tinh khí khổng lồ ôn hòa sẽ chứa metan với hàm lượng đáng kể. Việc quan sát thực tế xác nhận sự tồn tại của loại khí này đã củng cố độ chính xác của các mô hình mô phỏng hiện nay.
Không chỉ vậy, dữ liệu từ James Webb còn gợi ý sự hiện diện của amoniac (NH₃) và carbon dioxide (CO₂), dù cần thêm các quan sát trong tương lai để xác nhận chắc chắn. Theo Renyu Hu, nếu tiếp tục thu thập dữ liệu, các nhà khoa học sẽ có thể xác định tỷ lệ tương đối giữa các loại khí trong khí quyển TOI-199b, từ đó xây dựng bức tranh hoàn chỉnh hơn về cấu trúc và thành phần của một hành tinh khí khổng lồ ôn hòa.
Phòng thí nghiệm tự nhiên cho khoa học hành tinh
Các nhà nghiên cứu tin rằng TOI-199b có thể đóng vai trò như một phòng thí nghiệm tự nhiên quý giá cho ngành khoa học hành tinh. Nhờ nằm trong khoảng nhiệt độ trung gian hiếm gặp, hành tinh này giúp các nhà khoa học kiểm tra và cải thiện các mô hình mô phỏng sự hình thành khí quyển, sự lưu thông khí quyển cũng như quá trình tiến hóa của các hệ hành tinh trong thiên hà. Những kiến thức thu được không chỉ áp dụng cho các ngoại hành tinh mà còn có thể giúp giới khoa học hiểu sâu hơn về lịch sử phát triển khí quyển của chính Trái Đất.
(Theo SciTechDaily, Space)
