Một hành tinh khí khổng lồ từng hoàn toàn ẩn mình bên trong vành đĩa bụi sáng rực của hệ sao Beta Pictoris cuối cùng đã lộ diện nhờ Kính thiên văn Không gian James Webb (JWST) của NASA. Phát hiện này không chỉ bổ sung thêm một thành viên vào hệ hành tinh nổi tiếng, mà còn chứng minh sức mạnh vượt trội của JWST trong việc nhìn xuyên những đám bụi vũ trụ dày đặc mà các kính thiên văn trước đây gần như bất lực.
Khám phá tình cờ trong quá trình nghiên cứu hành tinh đã biết
Beta Pictoris từ lâu đã là hệ sao được nghiên cứu kỹ lưỡng nhất trong Dải Ngân Hà. Ngôi sao trẻ này cách Trái Đất khoảng 63 năm ánh sáng, mới chỉ 23 triệu năm tuổi – rất trẻ so với Mặt Trời 4,6 tỷ năm tuổi. Trước đây, hệ sao này đã nổi tiếng với hai hành tinh khí khổng lồ Beta Pictoris b và c. Giờ đây, sự xuất hiện của Beta Pictoris d đưa hệ này trở thành hệ hành tinh thứ hai từng được biết đến có ít nhất ba ngoại hành tinh được ghi nhận bằng hình ảnh trực tiếp.
Điều đặc biệt là các nhà khoa học không chủ đích tìm kiếm hành tinh mới. Ban đầu, nhóm nghiên cứu sử dụng thiết bị NIRSpec (Máy quang phổ cận hồng ngoại) trên JWST để nghiên cứu khí quyển của Beta Pictoris b. Trong quá trình xử lý dữ liệu, một tín hiệu lạ bất ngờ xuất hiện. Tiến sĩ Aidan Gibbs, tác giả chính của nghiên cứu tại Đại học California San Diego, cho biết: “Chúng tôi không hề tìm kiếm một hành tinh mới. Mục tiêu ban đầu chỉ là nghiên cứu hành tinh đã biết. Sau đó, một tín hiệu rất đặc trưng bất ngờ xuất hiện tại vị trí mà chúng tôi không ngờ tới”.
Phương pháp quang phổ mở ra kỷ nguyên mới
Thiết bị NIRSpec sử dụng Integral Field Unit (IFU) cho phép đồng thời thu nhận hình ảnh và phổ ánh sáng tại từng điểm ảnh. Thay vì quan sát phổ ánh sáng phản xạ từ bụi vũ trụ, nhóm nghiên cứu phát hiện hàng loạt đỉnh và đáy lặp lại theo quy luật – các vạch hấp thụ của khí carbon monoxide (CO), tạo thành mã vạch hóa học đặc trưng của khí quyển hành tinh khí khổng lồ. Kỹ thuật quang phổ còn cho phép đo chuyển động của vật thể qua vận tốc xuyên tâm, xác định nguồn tín hiệu có tốc độ, vị trí và hướng chuyển động phù hợp với một hành tinh quay quanh Beta Pictoris.
Nhà khoa học Jean-Baptiste Ruffio, thành viên nhóm nghiên cứu tại Đại học California San Diego, giải thích: trong các bức ảnh ban đầu xuất hiện một vùng sáng bất thường. Tuy nhiên, các nhà thiên văn đã quen với việc nhiều đốm sáng chỉ là nhiễu thiết bị hoặc cấu trúc trong đĩa bụi. Nhờ thu phổ ánh sáng cùng lúc với hình ảnh, nhóm nghiên cứu nhanh chóng xác nhận đây là một hành tinh hoàn toàn mới.
Thông số và đặc điểm của Beta Pictoris d
Beta Pictoris d có khối lượng ít nhất gấp hai lần sao Mộc, là hành tinh nhẹ nhất trong ba gã khổng lồ của hệ sao. Các mô hình quỹ đạo cho thấy hành tinh mới quay quanh ngôi sao ở khoảng cách khoảng 30 đơn vị thiên văn (AU), tương đương vị trí của sao Hải Vương trong Hệ Mặt Trời. Dù sở hữu quỹ đạo xa nhất, Beta Pictoris d vẫn nằm bên trong rìa trong của đĩa bụi bao quanh ngôi sao.
Sau phát hiện ban đầu, nhóm nghiên cứu xin thêm thời gian quan sát trên JWST bằng thiết bị MIRI (Máy quan sát hồng ngoại trung) và phát hiện thêm khí methane và hơi nước trong khí quyển. Các quan sát này củng cố bằng chứng hành tinh thực sự và giúp hiểu rõ cấu trúc khí quyển. Một nhóm độc lập do các nhà khoa học tại Đại học Edinburgh và Đài thiên văn Nam Âu (ESO) dẫn đầu cũng phân tích dữ liệu từ Kính thiên văn VLT và thiết bị NIRCam của JWST, cho kết quả hoàn toàn trùng khớp.
Khả năng nhìn xuyên đĩa bụi – lợi thế vượt trội của James Webb
Beta Pictoris d có thể ẩn mình suốt nhiều năm vì nằm trong đĩa bụi sáng nhất từng được quan sát. Các hạt bụi tán xạ ánh sáng như sương mù dày đặc, khiến việc phân biệt hành tinh thật với cấu trúc đĩa bụi cực kỳ khó khăn. Trong khi phương pháp chụp ảnh truyền thống dễ bị đánh lừa, kỹ thuật quang phổ của JWST tập trung vào các tín hiệu phân tử rất hẹp từ khí quyển, cho phép xuyên qua lớp bụi.
Các nhà nghiên cứu cũng cho rằng Beta Pictoris d có thể là lời giải cho một số đặc điểm kỳ lạ của đĩa bụi, đặc biệt là ranh giới bên trong sắc nét bất thường. Trước đây, nhiều mô hình lý thuyết từng dự đoán phải tồn tại một hành tinh chưa được phát hiện định hình cấu trúc này. Khám phá vừa được công bố trên tạp chí Astrophysical Journal Letters.
Theo các nhà khoa học, ý nghĩa lớn nhất không chỉ bổ sung hành tinh vào hệ Beta Pictoris, mà đây là lần đầu tiên một ngoại hành tinh được phát hiện chủ yếu nhờ quang phổ có độ phân giải trung bình, thay vì kỹ thuật chụp ảnh trực tiếp truyền thống. Phương pháp này có thể mở ra kỷ nguyên mới trong săn tìm các ngoại hành tinh khó quan sát nhất. (Theo SciTechDaily, Space)
