Phát hiện hai ngoại hành tinh như trái đất và sao Kim cách 337 năm ánh sáng
Các nhà khoa học Tây Ban Nha vừa xác nhận sự tồn tại của hai ngoại hành tinh trong cùng một hệ sao TOI-1752, cách Trái đất khoảng 337 năm ánh sáng với hai thế giới khác nhau.
Một hành tinh nằm quá gần sao chủ đến mức có thể là thế giới dung nham với đá nóng chảy, trong khi hành tinh còn lại có kích thước nằm giữa Trái đất và sao Hải Vương, lại ở trong vùng có khả năng tồn tại nước lỏng. Phát hiện này mở thêm một “phòng thí nghiệm” tự nhiên để giới khoa học tìm hiểu quá trình hình thành hành tinh và điều kiện có thể duy trì sự sống ngoài Hệ Mặt trời.
Hai ngoại hành tinh, hai thế giới hoàn toàn khác biệt
Hai ngoại hành tinh mới được xác nhận đều thuộc hệ sao TOI-1752, nằm cách Trái đất khoảng 337 năm ánh sáng. Công trình do các nhà khoa học thuộc Viện Vật lí thiên văn Quần đảo Canary (IAC) dẫn đầu, với sự hỗ trợ của thiết bị MuSCAT2 lắp trên kính thiên văn Carlos Sánchez tại Đài quan sát Teide ở Tenerife.
Phát hiện ban đầu đến từ TESS, kính viễn vọng không gian của NASA chuyên tìm kiếm các hành tinh ngoài Hệ Mặt trời. Sau đó, các nhà nghiên cứu sử dụng dữ liệu từ MuSCAT2 để xác nhận sự tồn tại của hai thế giới này. Kết quả nghiên cứu được công bố trên tạp chí Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.
Điểm đặc biệt của hệ TOI-1752 nằm ở sự tương phản giữa hai hành tinh. TOI-1752 b là hành tinh nằm gần sao chủ nhất. Nó hoàn thành một vòng quỹ đạo trong chưa đầy một ngày, đồng nghĩa với việc một “năm” trên hành tinh này ngắn hơn rất nhiều so với bất kì trải nghiệm nào trên Trái đất. Khoảng cách cực gần khiến TOI-1752 b phải hứng chịu lượng bức xạ khổng lồ từ ngôi sao.
Các nhà khoa học cho rằng nhiệt độ tại bán cầu hướng về phía sao có thể cao đến mức đá trên bề mặt bị nung chảy. Vì vậy, TOI-1752 b có khả năng thuộc nhóm “thế giới dung nham”, những hành tinh có bề mặt nóng đến mức đá không còn tồn tại ở trạng thái rắn như trên Trái đất.
Môi trường cực đoan này không chỉ có ý nghĩa về mặt hình ảnh. Các nhà nghiên cứu cho rằng vật chất thoát ra từ bề mặt nóng chảy có thể góp phần tạo nên một bầu khí quyển thứ cấp. Khác với bầu khí quyển nguyên thủy hình thành cùng hành tinh, khí quyển thứ cấp có thể xuất hiện hoặc được bổ sung do các quá trình địa chất và hoạt động trên chính bề mặt hành tinh.
Điều này biến một thế giới tưởng như quá nóng để có thể tồn tại sự sống thành một đối tượng nghiên cứu đáng giá. Bằng cách tìm hiểu thành phần khí quyển và cách nó biến đổi dưới tác động của nhiệt độ cực cao, các nhà khoa học có thể hiểu thêm về quá trình tiến hóa của các hành tinh đá.
“Ứng viên sự sống” nhưng chưa thể gọi là hành tinh có sự sống
Ngược lại hoàn toàn với TOI-1752 b, hành tinh TOI-1752 c nằm ở vị trí hấp dẫn hơn nhiều. TOI-1752 c có kích thước trung gian giữa Trái đất và sao Hải Vương. Đáng chú ý nhất, hành tinh này nằm trong vùng sinh sống được của sao chủ, khoảng không gian quanh một ngôi sao mà tại đó, trong những điều kiện thích hợp, nhiệt độ có thể cho phép nước tồn tại ở trạng thái lỏng trên bề mặt.
Theo các nhà nghiên cứu, nhiệt độ của TOI-1752 c vào khoảng 20 độ C, trong khi lượng bức xạ mà nó nhận được từ ngôi sao chủ tương tự mức Trái đất nhận từ Mặt trời. Đây là những đặc điểm khiến hành tinh này trở thành mục tiêu đặc biệt hấp dẫn đối với các nghiên cứu tiếp theo.
Tuy nhiên, “nằm trong vùng sinh sống được” không đồng nghĩa với “có sự sống”. Để một hành tinh thực sự có thể duy trì sự sống, nhiều yếu tố khác cần được xem xét, từ thành phần và áp suất khí quyển, nước, hoạt động địa chất đến thành phần hóa học và khả năng duy trì điều kiện ổn định trong thời gian đủ dài. Hiện giới khoa học chưa có bằng chứng cho thấy TOI-1752 c có sự sống.
Việc nó có thể có điều kiện phù hợp chỉ mới là một giả thuyết dựa trên những dữ liệu ban đầu. Muốn tìm hiểu sâu hơn, các nhà khoa học cần quan sát TOI-1752 c bằng những thiết bị mạnh hơn, trong đó có Kính viễn vọng Không gian James Webb. Webb có khả năng phân tích ánh sáng đi qua hoặc phản xạ từ khí quyển ngoại hành tinh, qua đó tìm kiếm dấu hiệu của các phân tử quan trọng.
Sao chủ của TOI-1752 cũng đóng vai trò quan trọng trong việc phát hiện hai hành tinh. Đây là một sao lùn đỏ, loại sao nhỏ hơn và mờ hơn Mặt trời. Với kĩ thuật phát hiện quá cảnh, các nhà thiên văn quan sát sự sụt giảm rất nhỏ trong độ sáng của một ngôi sao khi hành tinh đi qua phía trước nó.
Mức giảm độ sáng cho phép các nhà khoa học ước tính kích thước hành tinh so với sao chủ. Khoảng thời gian giữa các lần quá cảnh lại giúp xác định chu kì quỹ đạo, từ đó suy ra khoảng cách tương đối giữa hành tinh và ngôi sao.
Với sao lùn đỏ có kích thước nhỏ, một hành tinh khi đi qua phía trước sẽ che khuất một phần tương đối lớn hơn của ngôi sao, khiến tín hiệu quá cảnh dễ nhận biết hơn. Đây là lí do những ngôi sao nhỏ trở thành mục tiêu quan trọng trong cuộc săn tìm các ngoại hành tinh kích thước nhỏ.
Đối với Samuel Geraldía, nhà nghiên cứu tại IAC và đồng tác giả công trình, việc phát hiện TOI-1752 c đặc biệt đáng chú ý bởi không có nhiều hành tinh thuộc kiểu này được biết đến. Ông cho rằng hành tinh này có thể trở thành một “di tích” giúp giới khoa học hiểu rõ hơn về quá trình hình thành và tiến hóa hành tinh, cũng như cấu tạo bên trong của chúng.
Hai thế giới trong cùng một hệ sao vì thế mang đến một cơ hội nghiên cứu đặc biệt: Một hành tinh có thể đang trải qua những điều kiện khắc nghiệt đến mức đá tan chảy, trong khi hành tinh còn lại lại nằm trong vùng có khả năng duy trì nước lỏng.
Kính thiên văn thế hệ mới có thể giải mã rõ hơn hai thế giới xa xôi
James Webb hiện là công cụ quan trọng nhất để các nhà thiên văn tiếp tục nghiên cứu TOI-1752 c, nhưng đây chưa phải giới hạn cuối cùng của cuộc săn tìm ngoại hành tinh. Trong những năm tới, một thế hệ kính thiên văn lớn hơn và chuyên biệt hơn được kì vọng sẽ giúp con người nhìn rõ hơn những thế giới cách Trái đất hàng trăm năm ánh sáng.
Đáng chú ý nhất là Extremely Large Telescope (ELT) của Đài thiên văn Nam Âu (ESO), đang được xây dựng tại Chile. Với gương chính có đường kính khoảng 39 mét, ELT sẽ là một trong những kính thiên văn quang học lớn nhất thế giới. Khả năng thu nhận ánh sáng vượt trội có thể giúp các nhà khoa học nghiên cứu những ngoại hành tinh nhỏ và mờ hơn, đồng thời phân tích môi trường xung quanh chúng với độ chính xác cao hơn.
Nếu TOI-1752 c đủ sáng và phù hợp với các phương pháp quan sát, những kính thiên văn mạnh hơn có thể giúp xác định thành phần khí quyển của nó. Đây là bước quan trọng bởi một hành tinh nằm trong vùng sinh sống được mới chỉ có “địa chỉ” phù hợp để tồn tại nước lỏng. Muốn biết nó có thực sự có môi trường thuận lợi hay không, các nhà khoa học phải biết bên trên bề mặt đang có những loại khí nào.
Xa hơn nữa, NASA đang phát triển Habitable Worlds Observatory (HWO) là một dự án được thiết kế đặc biệt để tìm kiếm và nghiên cứu các hành tinh có khả năng sinh sống. Mục tiêu của HWO không chỉ là phát hiện những hành tinh giống Trái đất mà còn tìm kiếm dấu hiệu hóa học trong khí quyển có thể liên quan đến sự sống.
Với những thiết bị như vậy, các nhà khoa học có thể tìm kiếm các phân tử như hơi nước, oxy, ozone, methane hoặc carbon dioxide. Tuy nhiên, không một phân tử riêng lẻ nào đủ để chứng minh sự sống. Điều quan trọng là phải xem xét chúng trong một tổ hợp hóa học và bối cảnh vật lí phù hợp.
Đối với TOI-1752 b, các kính thiên văn thế hệ mới cũng có thể giúp kiểm chứng giả thuyết về một “thế giới dung nham”. Việc quan sát thành phần khí quyển, dấu hiệu hoạt động núi lửa hoặc những biến đổi trên bề mặt sẽ giúp xác định liệu nhiệt độ cực cao có thực sự tạo ra một khí quyển thứ cấp từ vật chất bốc hơi hay không.
Điều hấp dẫn ở TOI-1752 là hai hành tinh nằm trong cùng một hệ sao nhưng có môi trường hoàn toàn khác biệt giống như Trái đất và sao Kim. Một bên có thể là thế giới đá nóng chảy, bên kia là ứng viên có khả năng tồn tại nước lỏng. Khi các kính thiên văn mới lần lượt đi vào hoạt động, hệ sao này có thể trở thành một phòng thí nghiệm tự nhiên giúp giới khoa học hiểu rõ hơn một hành tinh phải trải qua những điều kiện nào để trở thành một thế giới có khả năng nuôi dưỡng sự sống.