Đây là phát hiện đầu tiên về bất kỳ dạng ánh sáng nào phát ra từ một ngoại hành tinh nhỏ và mát như các hành tinh đá trong hệ mặt trời của chúng ta. Kết quả đánh dấu một bước quan trọng trong việc xác định liệu các hành tinh quay quanh các ngôi sao nhỏ đang hoạt động như TRAPPIST-1 có thể duy trì bầu khí quyển cần thiết để hỗ trợ sự sống hay không. Nó cũng báo hiệu tốt cho khả năng của Webb trong việc mô tả các ngoại hành tinh ôn đới, cỡ Trái đất bằng MIRI.: Thiết bị hồng ngoại trung bình sáng tạo của kính thiên văn, một nửa trong số đó do châu Âu đóng góp.
Thomas Greene, nhà vật lý thiên văn tại Trung tâm nghiên cứu Ames của NASA và là tác giả chính của nghiên cứu được công bố hôm nay trên tạp chí Nature cho biết: “Những quan sát này thực sự tận dụng khả năng hồng ngoại trung bình của Webb. “Chưa có kính viễn vọng nào trước đây có độ nhạy để đo ánh sáng trung bình hồng ngoại mờ như vậy.”
Các hành tinh đá quay quanh các sao lùn đỏ cực lạnh
Ngoại hành tinh đá TRAPPIST-1 b (hình minh họa)
Đầu năm 2017, các nhà thiên văn học đã báo cáo về việc phát hiện ra bảy hành tinh đá quay quanh một ngôi sao lùn đỏ cực lạnh (hay sao lùn M) cách Trái đất 40 năm ánh sáng. Điều đáng chú ý về các hành tinh là sự tương đồng về kích thước và khối lượng của chúng với các hành tinh đá bên trong của hệ mặt trời của chúng ta. Mặc dù tất cả chúng đều có quỹ đạo gần ngôi sao của chúng hơn nhiều so với bất kỳ hành tinh nào của chúng ta quay quanh Mặt trời – tất cả đều có thể nằm gọn trong quỹ đạo của Sao Thủy – chúng nhận được lượng năng lượng tương đương từ ngôi sao nhỏ bé của chúng.
TRAPPIST-1 b, hành tinh trong cùng, có khoảng cách quỹ đạo khoảng một phần trăm so với Trái đất và nhận được lượng năng lượng gấp bốn lần Trái đất nhận được từ Mặt trời. Mặc dù nó không nằm trong vùng có thể ở được của hệ thống, nhưng các quan sát về hành tinh này có thể cung cấp thông tin quan trọng về các hành tinh anh em của nó, cũng như của các hệ sao lùn M khác.
Greene giải thích: “Số lượng những ngôi sao này trong Dải Ngân hà nhiều gấp mười lần so với những ngôi sao như Mặt trời và chúng có khả năng chứa các hành tinh đá nhiều gấp đôi so với những ngôi sao như Mặt trời. “Nhưng chúng cũng rất năng động – chúng rất sáng khi còn nhỏ và chúng phát ra tia sáng và tia X có thể quét sạch bầu khí quyển.”
Đồng tác giả Elsa Ducrot từ CEA ở Pháp, thành viên trong nhóm thực hiện các nghiên cứu ban đầu về hệ thống TRAPPIST-1, cho biết thêm: “Việc mô tả các hành tinh đất xung quanh các ngôi sao nhỏ hơn, mát hơn sẽ dễ dàng hơn. Nếu chúng ta muốn hiểu khả năng sinh sống xung quanh các ngôi sao M, thì hệ thống TRAPPIST-1 là một phòng thí nghiệm tuyệt vời. Đây là những mục tiêu tốt nhất mà chúng ta có để quan sát bầu khí quyển của các hành tinh đá.”
Phát hiện khí quyển (hoặc không)
Ngoại hành tinh đá TRAPPIST-1 b (đường cong ánh sáng nhật thực thứ cấp)
Các quan sát trước đây về TRAPPIST-1 b bằng Kính viễn vọng Không gian Hubble của NASA/ESA, cũng như Kính viễn vọng Không gian Spitzer của NASA, không tìm thấy bằng chứng nào về bầu khí quyển sưng húp, nhưng không thể loại trừ bầu khí quyển dày đặc.
Một cách để giảm sự không chắc chắn là đo nhiệt độ của hành tinh. Pierre-Olivier Lagage từ CEA, đồng tác giả của bài báo cho biết: “Hành tinh này bị khóa thủy triều, với một mặt luôn hướng về ngôi sao và mặt còn lại chìm trong bóng tối vĩnh viễn. “Nếu nó có bầu không khí để luân chuyển và phân phối lại nhiệt, ban ngày sẽ mát hơn so với khi không có bầu không khí.”
Nhóm đã sử dụng một kỹ thuật gọi là trắc quang nhật thực thứ cấp, trong đó MIRI đo sự thay đổi độ sáng từ hệ thống khi hành tinh di chuyển phía sau ngôi sao. Mặc dù TRAPPIST-1 b không đủ nóng để phát ra ánh sáng khả kiến của riêng nó, nhưng nó có ánh sáng hồng ngoại. Bằng cách lấy độ sáng của ngôi sao và hành tinh cộng lại trừ đi độ sáng của ngôi sao (trong lần nhật thực thứ cấp), họ đã có thể tính toán thành công lượng ánh sáng hồng ngoại được hành tinh phát ra.
Đo lường những thay đổi nhỏ về độ sáng
Ngoại hành tinh đá TRAPPIST-1 b (so sánh nhiệt độ)
Bản thân việc Webb phát hiện ra nhật thực thứ cấp đã là một cột mốc quan trọng. Với ngôi sao sáng hơn hành tinh hơn 1.000 lần, sự thay đổi về độ sáng nhỏ hơn 0,1%.
“Cũng có một số lo ngại rằng chúng tôi sẽ bỏ lỡ nhật thực. Taylor Bell, nhà nghiên cứu sau tiến sĩ tại Viện Nghiên cứu Môi trường Vùng Vịnh, người đã phân tích dữ liệu, cho biết tất cả các hành tinh đều hút vào nhau, vì vậy quỹ đạo không hoàn hảo. “Nhưng điều đó thật tuyệt vời: Thời gian xảy ra nhật thực mà chúng tôi thấy trong dữ liệu khớp với thời gian dự đoán trong vòng vài phút.”
Phân tích dữ liệu từ năm quan sát nhật thực thứ cấp riêng biệt chỉ ra rằng TRAPPIST-1 b có nhiệt độ ban ngày khoảng 500 kelvin, hay khoảng 230°C. Nhóm nghiên cứu cho rằng cách giải thích hợp lý nhất là hành tinh này không có bầu khí quyển.
Ducrot giải thích: “Chúng tôi đã so sánh kết quả với các mô hình máy tính cho thấy nhiệt độ nên ở mức nào trong các tình huống khác nhau. “Các kết quả gần như hoàn toàn phù hợp với một vật thể đen làm từ đá trơ trọi và không có bầu không khí để luân chuyển nhiệt. Chúng tôi cũng không thấy bất kỳ dấu hiệu nào của ánh sáng bị carbon dioxide hấp thụ, điều này sẽ thấy rõ trong các phép đo này.”
Nghiên cứu này được tiến hành như một phần của Đảm bảo thời gian quan sát (GTO) chương trình 1177là một trong tám GTO đã được phê duyệt và Người quan sát chung (GO) các chương trình được thiết kế để giúp mô tả đầy đủ hệ thống TRAPPIST-1. Nhật thực thứ cấp bổ sung quan sát của TRAPPIST-1 b hiện đang được tiến hành và giờ đây họ đã biết dữ liệu có thể tốt đến mức nào, nhóm nghiên cứu hy vọng cuối cùng sẽ chụp được một đường cong pha đầy đủ cho thấy sự thay đổi độ sáng trên toàn bộ quỹ đạo. Điều này sẽ cho phép họ xem nhiệt độ thay đổi như thế nào từ ban ngày sang ban đêm và xác nhận xem hành tinh có bầu khí quyển hay không.
Lagage, người đã nghiên cứu phát triển công cụ MIRI trong hơn hai thập kỷ, cho biết: “Có một mục tiêu mà tôi mơ ước đạt được. “Và nó là cái này. Đây là lần đầu tiên chúng ta có thể phát hiện ra sự phát xạ từ một hành tinh ôn đới, nhiều đá. Đó là một bước thực sự quan trọng trong câu chuyện khám phá các ngoại hành tinh.”
Thêm thông tin
Webb là chiếc kính viễn vọng lớn nhất, mạnh nhất từng được phóng vào vũ trụ. Theo thỏa thuận hợp tác quốc tế, ESA đã cung cấp dịch vụ phóng kính viễn vọng, sử dụng phương tiện phóng Ariane 5. Làm việc với các đối tác, ESA chịu trách nhiệm phát triển và đánh giá khả năng thích ứng của Ariane 5 cho sứ mệnh Webb và mua sắm dịch vụ phóng của Arianespace. ESA cũng cung cấp máy quang phổ NIRSpec và 50% thiết bị hồng ngoại tầm trung MIRI, được thiết kế và chế tạo bởi một tập đoàn gồm các Viện châu Âu được tài trợ quốc gia (Hiệp hội MIRI châu Âu) hợp tác với JPL và Đại học Arizona.
Webb là sự hợp tác quốc tế giữa NASA, ESA và Cơ quan Vũ trụ Canada (CSA).
Liên hệ:
Quan hệ truyền thông ESA
media@Khoa học