Kính viễn vọng James Webb phát hiện bầu khí quyển dày đặc quanh ngoại hành tinh đá siêu nóng TOI-561 b

Kính viễn vọng Không gian James Webb (JWST) vừa cung cấp bằng chứng thuyết phục nhất cho thấy sự tồn tại của một bầu khí quyển đáng kể bao quanh ngoại hành tinh đá TOI-561 b. Phát hiện này đang thách thức những quan niệm lâu đời rằng các hành tinh nhỏ quay quá gần ngôi sao chủ của chúng không thể giữ được lớp khí quyển do bức xạ sao dữ dội.

TOI-561 b, được phân loại là một siêu Trái Đất siêu nóng, lần đầu tiên được phát hiện vào năm 2020. Nó được ước tính là một trong những hành tinh cổ xưa nhất từng được biết đến, hình thành cách đây khoảng 10 tỷ năm. Hành tinh này có bán kính lớn hơn Trái Đất khoảng 1,4 lần và hoàn thành một vòng quỹ đạo quanh ngôi sao của nó chỉ trong chưa đầy 11 giờ. Điều này xếp nó vào nhóm ngoại hành tinh hiếm hoi có chu kỳ quỹ đạo siêu ngắn (USP).

Hành tinh này quay quanh một ngôi sao lùn cam, có tuổi đời gấp khoảng hai đến ba lần Mặt Trời, ở một khoảng cách cực kỳ gần. Sự gần gũi này dẫn đến khóa thủy triều, khiến một mặt của hành tinh luôn hướng về phía ngôi sao. Việc quay quanh gần như cố định này tạo ra sự chênh lệch nhiệt độ khắc nghiệt giữa hai bán cầu.

Nhóm nghiên cứu do Johanna Teske từ Phòng thí nghiệm Trái Đất và Hành tinh tại Viện Carnegie dẫn đầu đã sử dụng quang phổ kế NIRSpec của JWST để đo nhiệt độ bề mặt phía ban ngày thông qua độ sáng hồng ngoại gần. Nếu TOI-561 b chỉ là một khối đá trơ trụi, nhiệt độ phía ban ngày lẽ ra phải đạt khoảng 2700 °C (4900 °F). Tuy nhiên, các quan sát được thực hiện vào tháng 5 năm 2024 lại cho thấy nhiệt độ thấp hơn đáng kể, chỉ ở mức 1800 °C (3200 °F).

Sự chênh lệch nhiệt độ thấp bất ngờ này được giải thích tốt nhất bởi sự hiện diện của một lớp vỏ khí dồi dào các chất dễ bay hơi, có chức năng phân phối lại nhiệt lượng. Đây là một dấu hiệu rõ ràng của một bầu khí quyển đang hoạt động, chứ không phải là một bề mặt đá nóng chảy đơn thuần.

Đồng tác giả Tim Lichtenberg từ Đại học Groningen cho rằng hành tinh này giống như một “quả cầu dung nham ẩm ướt”, chứa nhiều chất dễ bay hơi hơn Trái Đất. Mật độ bất thường này không chỉ được giải thích bằng thành phần bên trong, chẳng hạn như một lõi sắt nhỏ và lớp phủ silicat nhẹ hơn. Ngôi sao chủ TOI-561 nghèo kim loại, ám chỉ rằng hành tinh này được hình thành trong một môi trường hóa học khác biệt so với các hành tinh trong Hệ Mặt Trời của chúng ta.

Theo Tiến sĩ Anjali Piette từ Đại học Birmingham, sự hiện diện của bầu khí quyển là điều cần thiết để giải thích tất cả các quan sát, vì gió mạnh có thể vận chuyển nhiệt lượng sang phía ban đêm. Các nhà khoa học suy đoán rằng có một sự cân bằng động giữa đại dương magma và bầu khí quyển, nơi các khí được giải phóng và hấp thụ liên tục. Các nhà nghiên cứu dự định sử dụng hơn 37 giờ dữ liệu quan sát từ JWST để lập bản đồ sự lưu thông nhiệt và tinh chỉnh thành phần khí quyển.

Kết quả nghiên cứu đã được công bố trên tạp chí The Astrophysical Journal Letters. Theo Nicole Wallack, một đồng tác giả khác, khám phá này đang “đảo ngược những quan niệm chung về các hành tinh có chu kỳ quỹ đạo siêu ngắn”. Đây là một bước tiến quan trọng trong việc hiểu về sự tiến hóa của các hành tinh nhỏ trong vũ trụ sơ khai.