Các nhà nghiên cứu đã tìm thấy bằng chứng về sự tồn tại của một loại hành tinh mới mà họ gọi là “thế giới nước”, nơi nước chiếm một phần lớn toàn bộ hành tinh. Những thế giới này, được phát hiện trong một hệ hành tinh cách chúng ta 218 năm ánh sáng, không giống bất kỳ hành tinh nào trong Hệ Mặt trời của chúng ta.
Nhóm nghiên cứu do Caroline Piaulet thuộc Viện Nghiên cứu Ngoại hành tinh (iREx) tại Đại học Montreal đứng đầu, đã công bố một nghiên cứu chi tiết về một hệ hành tinh được gọi là Kepler-138 trên tạp chí Nature Astronomy vào ngày 15 tháng 12.
Piaulet, một thành viên trong nhóm nghiên cứu của Björn Benneke tại Đại học Montreal, đã quan sát các ngoại hành tinh Kepler-138 c và Kepler-138 d bằng cả hai Kính viễn vọng Không gian Hubble của NASA/ESA và Kính viễn vọng Không gian Spitzer của NASA. Cô phát hiện ra rằng các hành tinh có thể bao gồm phần lớn nước.
Hình minh họa của nghệ sĩ về hệ hành tinh Kepler 138
Nước không được phát hiện trực tiếp, nhưng bằng cách so sánh kích thước và khối lượng của các hành tinh với các mô hình, họ kết luận rằng một phần đáng kể thể tích của chúng – tới một nửa trong số đó – phải được làm từ vật liệu nhẹ hơn đá nhưng nặng hơn hydro. hoặc helium (tạo thành phần lớn các hành tinh khí khổng lồ như Sao Mộc). Vật liệu ứng cử viên phổ biến nhất là nước.
Benneke giải thích: “Trước đây chúng tôi nghĩ rằng các hành tinh lớn hơn Trái đất một chút là những quả bóng lớn bằng kim loại và đá, giống như các phiên bản thu nhỏ của Trái đất, và đó là lý do tại sao chúng tôi gọi chúng là siêu Trái đất. “Tuy nhiên, giờ đây chúng tôi đã chỉ ra rằng hai hành tinh này, Kepler-138 c và d, có bản chất khá khác nhau và một phần lớn trong toàn bộ thể tích của chúng có khả năng bao gồm nước. Đó là bằng chứng tốt nhất cho đến nay về thế giới nước, một loại hành tinh được các nhà thiên văn học đưa ra giả thuyết tồn tại trong một thời gian dài.”
Với thể tích lớn gấp ba lần Trái đất và khối lượng lớn gấp đôi, các hành tinh c và d có mật độ thấp hơn nhiều so với Trái đất. Điều này thật đáng ngạc nhiên vì hầu hết các hành tinh chỉ lớn hơn Trái đất một chút đã được nghiên cứu chi tiết cho đến nay dường như đều là những thế giới đá giống như thế giới của chúng ta. Các nhà nghiên cứu cho biết, sự so sánh gần nhất sẽ là một số mặt trăng băng giá trong Hệ Mặt trời bên ngoài cũng bao gồm phần lớn nước bao quanh lõi đá.
Piaulet giải thích: “Hãy tưởng tượng các phiên bản lớn hơn của Europa hoặc Enceladus, những mặt trăng giàu nước quay quanh Sao Mộc và Sao Thổ, nhưng lại tiến gần hơn đến ngôi sao của chúng. “Thay vì một bề mặt băng giá, chúng sẽ chứa các lớp hơi nước lớn.”
Thành viên nhóm Jose-Manuel Almenara của Đại học Grenoble Alpes ở Pháp cho biết thêm: “Việc xác định an toàn một vật thể có mật độ bằng các mặt trăng băng giá của Hệ Mặt trời, nhưng lớn hơn và nặng hơn đáng kể, chứng tỏ rõ ràng sự đa dạng tuyệt vời của các ngoại hành tinh”. “Đây được cho là kết quả của nhiều quá trình hình thành và tiến hóa.”
Các nhà nghiên cứu cảnh báo rằng các hành tinh có thể không có đại dương như trên Trái đất ngay trên bề mặt hành tinh. “Nhiệt độ trong bầu khí quyển của Kepler-138 d có khả năng cao hơn nhiệt độ sôi của nước và chúng tôi cho rằng sẽ có một bầu khí quyển dày đặc tạo thành từ hơi nước trên hành tinh này. Chỉ dưới bầu không khí hơi nước đó mới có khả năng tồn tại nước lỏng ở áp suất cao, hoặc thậm chí là nước ở một pha khác xảy ra ở áp suất cao, được gọi là chất lỏng siêu tới hạn,” Piaulet nói.
Kính viễn vọng Không gian James Webb của NASA/ESA/CSA cũng sẽ tạo điều kiện thuận lợi cho nghiên cứu tiếp theo có giá trị. “Bây giờ chúng tôi đã xác định chắc chắn Kepler-138 d của ‘thế giới nước’, Kính viễn vọng Không gian James Webb là chìa khóa để tiết lộ thành phần khí quyển của một vật thể kỳ lạ như vậy,” thành viên nhóm Daria Kubyshkina thuộc Viện Hàn lâm Khoa học Áo chia sẻ. “Nó sẽ cung cấp cho chúng tôi thông tin quan trọng cho phép chúng tôi so sánh thành phần của các mặt trăng băng giá của hệ mặt trời với thành phần của các mặt trăng ngoài hệ mặt trời lớn hơn và nặng hơn của chúng.
Gần đây, một đội khác tại Đại học Montreal tìm thấy một hành tinh có tên TOI-1452b có khả năng bị bao phủ bởi một đại dương nước lỏng, nhưng cũng cần phải có Webb để xác nhận điều này.
Vào năm 2014, dữ liệu từ Kính viễn vọng Không gian Kepler của NASA cho phép các nhà thiên văn công bố phát hiện ba hành tinh quay quanh Kepler-138, một ngôi sao lùn đỏ trong chòm sao Lyra. Điều này dựa trên sự sụt giảm có thể đo được của ánh sáng sao khi mỗi hành tinh lướt qua phía trước ngôi sao trong giây lát.
Benneke và đồng nghiệp Diana Dragomir, từ Đại học New Mexico, đã nảy ra ý tưởng quan sát lại hệ hành tinh bằng kính viễn vọng không gian Hubble và Spitzer trong khoảng thời gian từ năm 2014 đến 2016 để theo dõi thêm các lần đi qua của Kepler-138 d, hành tinh thứ ba trong hệ thống, để nghiên cứu bầu khí quyển của nó.
Việc xác định an toàn một vật thể có mật độ bằng các mặt trăng băng giá của hệ mặt trời, nhưng lớn hơn và nặng hơn đáng kể, chứng tỏ rõ ràng sự đa dạng lớn của các ngoại hành tinh, được cho là kết quả của nhiều quá trình hình thành và tiến hóa.
Một ngoại hành tinh mới trong hệ thống
Trong khi các quan sát của kính viễn vọng không gian Kepler trước đó chỉ cho thấy sự đi qua của ba hành tinh nhỏ xung quanh Kepler-138, Piaulet và nhóm của cô đã rất ngạc nhiên khi thấy rằng các quan sát của Hubble và Spitzer yêu cầu sự hiện diện của một hành tinh thứ tư trong hệ thống, Kepler-138 e.
Hành tinh mới được tìm thấy này nhỏ và xa ngôi sao của nó hơn ba hành tinh khác, mất 38 ngày để hoàn thành một quỹ đạo. Hành tinh này nằm trong vùng có thể ở được của ngôi sao của nó, một vùng ôn đới nơi nó nhận được lượng nhiệt vừa phải từ ngôi sao mát mẻ của nó, không quá nóng cũng không quá lạnh để cho phép nước ở thể lỏng hiện diện.
Tuy nhiên, bản chất của hành tinh bổ sung mới được tìm thấy này vẫn là một câu hỏi mở vì nó dường như không đi qua ngôi sao chủ của nó. Việc quan sát quá trình di chuyển của ngoại hành tinh sẽ cho phép các nhà thiên văn học xác định kích thước của nó.
Với Kepler-138 e hiện có trong ảnh, khối lượng của các hành tinh đã biết trước đây được đo lại thông qua phương pháp biến đổi thời gian vận chuyển, bao gồm việc theo dõi các biến thể nhỏ trong thời điểm chính xác của các hành tinh đi qua phía trước ngôi sao của chúng gây ra bởi lực hấp dẫn của các hành tinh lân cận khác.
Các nhà nghiên cứu đã có một bất ngờ khác: họ phát hiện ra rằng hai thế giới nước Kepler-138 c và d là các hành tinh “song sinh”, với kích thước và khối lượng gần như giống nhau, trong khi trước đây chúng được cho là khác nhau rất nhiều. Mặt khác, hành tinh ở gần hơn, Kepler-138 b, được xác nhận là một hành tinh nhỏ có khối lượng bằng sao Hỏa, một trong những ngoại hành tinh nhỏ nhất được biết đến cho đến nay.
Benneke kết luận: “Khi các công cụ và kỹ thuật của chúng tôi trở nên đủ nhạy cảm để tìm và nghiên cứu các hành tinh ở xa các ngôi sao của chúng, chúng tôi có thể bắt đầu tìm thấy nhiều thế giới nước hơn nữa”.
Thêm thông tin
Kính viễn vọng Không gian Hubble là một dự án hợp tác quốc tế giữa ESA và NASA.
Liên kết đến Khoa học giấy (PDF)
Nhóm các nhà thiên văn học quốc tế trong nghiên cứu này bao gồm C. Piaulet (Đại học Montréal, Canada), B. Benneke (Đại học Montréal, Canada), JM Almenara (Đại học Grenoble Alpes, Pháp), D. Dragomir (Đại học New Mexico , Hoa Kỳ), HA Knutson (Viện Công nghệ California, Hoa Kỳ), D. Thorngren (Đại học Montréal, Canada), MS Peterson (Đại học Montréal, Canada), IJM Crossfield (Đại học Kansas, Hoa Kỳ), EM-R . Kempton (Đại học Maryland, Hoa Kỳ), D. Kubyshkina (Viện Hàn lâm Khoa học Áo, Áo), AW Howard (Viện Công nghệ California, Hoa Kỳ), R. Angus (Bảo tàng Lịch sử Tự nhiên Hoa Kỳ, Hoa Kỳ), H. Isaacson (Đại học of California – Berkeley, USA), LM Weiss (Đại học Notre Dame, USA), CA Beichman (Trung tâm Phân tích và Xử lý Hồng ngoại–Caltech, USA), JJ Fortney (Đại học California, USA), L. Fossati (Austrian Academy of Science, Áo), H. Lammer (Viện Hàn lâm Khoa học Áo, Áo), PR McCullough (Đại học Johns Hopkins, Hoa Kỳ; Viện Khoa học Kính viễn vọng Không gian, Hoa Kỳ), CV Morley (Đại học Texas, Hoa Kỳ) và I. Wong (Viện Massachusetts of Technology, USA; 51 Pegasi b Fellow).
Tín dụng hình ảnh: NASA, ESA, L. Hustak (STScI)