Một nhóm các nhà thiên văn học từ MIT, Đại học Liège và nhiều tổ chức khác vừa phát hiện một hành tinh mới quay quanh một ngôi sao nhỏ, lạnh, chỉ cách Trái Đất 55 năm ánh sáng.
Dù có kích thước và thành phần đá tương đồng với hành tinh của chúng ta, nhưng điều đặc biệt khiến nó khác biệt là khả năng cao không có bầu khí quyển.
Trong bài báo công bố hôm nay trên Nature Astronomy, nhóm nghiên cứu xác nhận sự tồn tại của SPECULOOS-3b, một hành tinh có kích thước tương đương Trái Đất, có thể đã mất đi lớp không khí bao quanh, được phát hiện nhờ mạng lưới kính viễn vọng của dự án SPECULOOS (Search for Planets EClipsing ULtra-cOOl Stars – Tìm kiếm các hành tinh đi qua trước các sao lùn siêu lạnh).
Hành tinh này quay quanh một sao lùn siêu lạnh, một loại sao nhỏ và mát hơn rất nhiều so với Mặt Trời. Đây là loại sao phổ biến nhất trong thiên hà của chúng ta, nhưng do quá mờ nhạt, chúng rất khó quan sát từ Trái Đất. Ngôi sao chủ của SPECULOOS-3b có kích thước chỉ bằng 1/10 Mặt Trời và độ sáng yếu hơn tới 1.000 lần. Xét về kích thước, nó tương đương với Sao Mộc và có nhiệt độ chỉ bằng một nửa Mặt Trời.
Mặc dù nhỏ bé, nhưng ngôi sao này vẫn bắn phá hành tinh của nó bằng một lượng năng lượng khổng lồ do khoảng cách giữa chúng cực kỳ gần. SPECULOOS-3b hoàn thành một vòng quỹ đạo chỉ trong 17 giờ, tức là một năm trên hành tinh này còn ngắn hơn một ngày trên Trái Đất!
Do vị trí gần ngôi sao chủ, SPECULOOS-3b phải chịu mức bức xạ cao gấp 16 lần so với lượng bức xạ mà Trái Đất nhận được từ Mặt Trời mỗi giây. Các nhà nghiên cứu cho rằng, chính cường độ bức xạ khủng khiếp này đã làm bốc hơi toàn bộ bầu khí quyển (nếu từng tồn tại), để lại một hành tinh trơ trụi, không khí, và nóng bỏng như một tảng đá bị nung đỏ.
Nếu SPECULOOS-3b thực sự không có khí quyển, các nhà khoa học có thể sớm nghiên cứu trực tiếp bề mặt của nó với độ chi tiết chưa từng có. Họ có thể xác định thành phần khoáng chất và tìm hiểu xem những quá trình địa chất nào đã định hình cảnh quan hành tinh này. Liệu nó đã từng có đại dương magma, núi lửa phun trào, hay các mảng kiến tạo hoạt động tương tự như Trái Đất?
Xếp hàng
Vào năm 2021, các nhà thiên văn lần đầu phát hiện dấu hiệu khả nghi của một hành tinh mới khi quan sát bầu trời bằng SPECULOOS – mạng lưới gồm sáu kính viễn vọng robot (bốn đặt ở Nam bán cầu và hai ở Bắc bán cầu).
SPECULOOS được thiết kế để theo dõi khoảng 1.600 sao lùn siêu lạnh gần Trái Đất. Do những ngôi sao này có kích thước nhỏ, nếu có một hành tinh đi ngang qua phía trước, nó sẽ chặn một phần đáng kể ánh sáng sao, giúp việc phát hiện trở nên dễ dàng hơn so với những hệ sao lớn hơn.
Năm 2021, một trong những kính viễn vọng của SPECULOOS phát hiện một tín hiệu khả nghi từ một hành tinh tiềm năng quay quanh ngôi sao lùn siêu lạnh cách chúng ta 55 năm ánh sáng. Tuy nhiên, dữ liệu khi đó chưa đủ thuyết phục. Mãi đến năm 2022, khi kính viễn vọng Artemis của MIT vào cuộc, một bước đột phá mới đã xuất hiện.
"Dữ liệu năm 2021 có dấu hiệu tiềm năng, nhưng chưa đủ chắc chắn. Tuy nhiên, khi chúng tôi quan sát bằng Artemis vào năm 2022, mọi thứ bỗng trở nên rõ ràng", Artem Burdanov, người quản lý Đài quan sát SPECULOOS Bắc bán cầu tại MIT, chia sẻ.
"Chúng tôi đã nhìn thấy một tín hiệu quá cảnh rõ ràng trong dữ liệu của Artemis. Sau khi phân tích, nhóm nghiên cứu nhanh chóng quyết định khởi động một chiến dịch quan sát chuyên sâu. Từ đó, mọi mảnh ghép bắt đầu khớp lại với nhau".
Nhóm nghiên cứu sau đó sử dụng kính viễn vọng Artemis, kết hợp với SPECULOOS và nhiều đài quan sát khác để theo dõi ngôi sao này. Qua nhiều dữ liệu thu thập được, họ xác nhận hành tinh SPECULOOS-3b thực sự tồn tại và quay quanh ngôi sao của nó với chu kỳ 17 giờ. Dựa trên mức độ ánh sáng bị chặn trong mỗi lần hành tinh đi qua trước sao chủ, họ ước tính SPECULOOS-3b có kích thước tương đương Trái Đất.
Tối như mặt trăng
Bằng cách sử dụng các quan sát bổ sung, các nhà khoa học đã có thể ước tính đặc tính của cả hành tinh và ngôi sao chủ. Benjamin Rackham, nhà thiên văn tại MIT, dẫn đầu chiến dịch nghiên cứu sử dụng kính viễn vọng Magellan tại Chile và kính NASA Infrared Telescope Facility (IRTF) ở Hawaii để phân tích ánh sáng từ ngôi sao.
Vì SPECULOOS-3b không có bầu khí quyển và nằm khá gần Trái Đất, các nhà khoa học tin rằng đây là ứng viên lý tưởng để tiếp tục nghiên cứu bằng kính viễn vọng không gian James Webb (JWST). Với khả năng quan sát mạnh mẽ, JWST có thể giúp chúng ta phân tích ánh sáng từ ngôi sao, từ đó tiết lộ nhiều chi tiết hơn về hành tinh này.
"Chúng tôi tin rằng nhiệt độ trên SPECULOOS-3b gần bằng với Sao Kim, tức là không thể sinh sống được", Rackham nhận định.
"Nó không đủ nóng để có bề mặt dung nham, nhưng chắc chắn là một thế giới đá vững chắc. Tùy vào độ phản xạ của lớp đá, nó có thể là một hành tinh vừa mới trải qua các đợt phun trào núi lửa hoặc hoạt động kiến tạo, hoặc cũng có thể là một hành tinh bị phong hóa trong không gian, tạo thành một lớp bề mặt tối đen".
Nhóm nghiên cứu hy vọng rằng với những quan sát tiếp theo, họ có thể phân biệt được các kịch bản khác nhau về địa chất của SPECULOOS-3b, từ đó giúp chúng ta hiểu rõ hơn về quá trình hình thành và tiến hóa của các hành tinh đá ngoài hệ Mặt Trời.
