Phát hiện hành tinh có nước và thời tiết giống Trái Đất, chỉ cách 7,5 năm ánh sáng

Nhóm nhà khoa học tại Đài quan sát Steward thuộc Đại học Arizona (Mỹ) đã công bố những phát hiện mới gây kinh ngạc về thiên thể mang tên định danh WISE 0855 trên tạp chí The Astronomical Journal và The Astrophysical Journal.

Công trình này đánh dấu kỳ tích công nghệ khi con người lần đầu tiên phân giải thành công hệ thống thời tiết phức tạp trên một thiên thể nằm sát cạnh Hệ Mặt Trời.

Theo hồ sơ nghiên cứu, WISE 0855 lần đầu tiên được Kính viễn vọng Khảo sát Hồng ngoại Trường rộng (WISE) chụp ảnh vào năm 2010 và được Kevin Luhman chính thức phát hiện vào năm 2014 khi rà soát dữ liệu. Những quan sát ban đầu cho thấy thiên thể này có màu xanh lam rõ hơn thực tế do bị nhiễm bẩn bởi các nguồn sáng nền.

Tuy nhiên, qua các nghiên cứu mới đây, các nhà khoa học đã vén bức màn bí mật bằng cách sử dụng Kính viễn vọng không gian James Webb tiên tiến. Nhóm nghiên cứu do Brittany Miles dẫn đầu đã theo dõi liên tục WISE 0855 trong 11 giờ, thu thập phổ ánh sáng đều đặn 15 phút một lần nhờ thiết bị quang phổ phân giải trung bình trên kính James Webb.

Đáng chú ý, khoảng cách từ WISE 0855 đến Trái Đất chỉ vỏn vẹn 7,5 năm ánh sáng. Để so sánh, hệ sao lân cận nhất với Trái Đất là Proxima Centauri cách khoảng 4,25 năm ánh sáng, nghĩa là WISE 0855 chỉ nằm xa hơn khoảng 3,25 năm ánh sáng so với hệ sao gần nhất ấy. Vị trí này biến WISE 0855 trở thành một trong những sao lùn nâu gần nhất mà nhân loại từng biết đến và có đủ điều kiện để quan sát chi tiết.

Mang khối lượng xấp xỉ 2 lần sao Mộc và kích thước tương đương hành tinh khí khổng lồ của Hệ Mặt Trời, sao lùn nâu này nằm ở vùng ranh giới mong manh giữa sao và hành tinh. Chúng là những thiên thể khởi đầu giống ngôi sao bình thường nhưng không bao giờ tích tụ đủ khối lượng để duy trì quá trình hợp hạch hạt nhân ổn định tại lõi và tỏa sáng như một ngôi sao thực thụ.

Do không có sao chủ quản cung cấp ánh sáng và nhiệt lượng, WISE 0855 trôi dạt trong không gian lạnh giá với nhiệt độ bề mặt rơi vào khoảng -8°C, lạnh hơn đáng kể so với nhiệt độ trung bình trên Trái Đất.

Bất chấp cái lạnh khắc nghiệt và sự thiếu vắng hoàn toàn của bình minh hay hoàng hôn, bầu khí quyển của WISE 0855 vẫn vận động vô cùng mạnh mẽ. Quá trình này được thúc đẩy bởi lượng nhiệt lượng còn sót lại từ quá trình hình thành thoát ra từ bên trong thiên thể.

Nhiệt lượng này tạo ra hiện tượng đối lưu rõ rệt trong đó vật chất nóng chuyển động lên trên còn vật chất lạnh hơn dịch chuyển xuống dưới tương tự hoạt động của một nồi súp đang được đun nóng. Dòng khí đi lên này mang các hợp chất hóa học từ tầng sâu nóng hơn lên các tầng khí quyển lạnh phía trên dẫn đến hiện tượng hóa học phi cân bằng khi thành phần hóa học chưa kịp đạt trạng thái cân bằng với nhiệt độ và áp suất tại khu vực đó.

Dù không phải là thế giới có thể sinh sống và có cấu trúc giống Sao Mộc hơn Trái Đất, việc khám phá WISE 0855 mang lại những giá trị to lớn cho con người trong việc tìm hiểu các quy luật vũ trụ. Nghiên cứu này giúp giới khoa học giải mã các ngoại hành tinh khí khổng lồ mà kính James Webb đang ngày càng quan sát chi tiết hơn. Dù khác biệt đáng kể về môi trường và diện mạo, các thế giới này vẫn chia sẻ những quy luật vật lý cơ bản chi phối sự vận chuyển nhiệt, sự hình thành mây và sự phân bố hợp chất hóa học trong khí quyển.

Trong quá khứ, thời điểm công nghệ quan sát còn hạn chế, các thiên văn gia chủ yếu dựa vào các phương pháp đo quang học khiến họ không thể tách bạch rõ ràng ảnh hưởng riêng biệt của mây, thành phần hóa học và nhiệt độ.

Thời điểm hiện tại, qua quan sát của kính James Webb, các nhà khoa học phát hiện những đám mây nước ở tầng khí quyển cao của WISE 0855 liên tục dày lên rồi mỏng đi theo thời gian thực khi thiên thể tự quay. Đồng thời, nhiệt độ các vùng khí quyển cùng các tín hiệu quang phổ liên quan đến carbon monoxide và phosphine cũng biến động theo chu kỳ quay.

Mark Marley, Giám đốc Phòng thí nghiệm Mặt Trăng và Hành tinh thuộc Đại học Arizona đã ví quá trình quan sát này giống như việc nhìn thế giới qua một tấm lưới chắn cửa nơi các nhà khoa học vừa phải tìm hiểu vật thể phía sau vừa phải hiểu rõ chính lớp lưới đang lọc ánh sáng.