Kính viễn vọng không gian James Webb phát hiện ra hành tinh ngoại cảnh đầu tiên

Khả năng của kính viễn vọng James Webb lại tiếp tục làm cho giới khoa học phải kinh ngạc.

Mặc dù mới được phóng lên không gian vào cuối năm 2021, nhưng đến nay, kính viễn vọng James Webb đã liên tục mang đến những bất ngờ cho giới khoa học. Sau khi cung cấp hàng loạt hình ảnh chưa từng thấy về những vùng xa xôi nhất của vũ trụ vào cuối tháng 8/2022, gần đây, kính này đã đạt được thành tựu mới khi phát hiện ra hành tinh ngoại cảnh đầu tiên.

Thiên thể này được gọi là LHS 475 b và nằm bên ngoài hệ Mặt Trời của chúng ta. Đặc biệt, nó có kích thước tương tự như Trái Đất nhưng lại cách xa đến 41 năm ánh sáng, sâu trong chòm sao Nam Cực. Trước đó, dữ liệu từ kính viễn vọng TESS của NASA cũng đã gợi mở về sự tồn tại của hành tinh này.

Đây là phát hiện của nhóm nghiên cứu do nhà thiên văn học Kevin Stevenson và nghiên cứu sinh tiến sĩ Jacob Lustig-Yaeger tại Đại học Johns Hopkins thực hiện. Họ đã quan sát và theo dõi sự giảm sáng của ngôi sao khi hành tinh này đi qua.

“Không còn nghi ngờ gì nữa, đó thực sự là một hành tinh ngoại cảnh”, Jacob nói, “Những dữ liệu mà kính James Webb mới thu được là minh chứng rõ ràng nhất”. Phát hiện này đã được công bố tại cuộc họp lần thứ 241 của Hiệp hội Thiên văn Hoa Kỳ ở Seattle vào thứ Tư vừa qua (11/1). “Hành tinh này nhỏ, nhiều đá, nhưng điều đó lại chứng minh sức mạnh ấn tượng của kính James Webb”.

Tại thời điểm này, James Webb là kính viễn vọng duy nhất có khả năng mô tả bầu khí quyển của các ngoại hành tinh có kích thước tương đương với Trái Đất. Thiết bị này đã giúp các nhà nghiên cứu phân tích hành tinh qua nhiều bước sóng ánh sáng để kiểm tra xem liệu có khí quyển tồn tại tại đó hay không. Hiện tại, mặc dù vẫn chưa thể khẳng định chắc chắn, nhưng độ nhạy của kính viễn vọng James Webb đã cho phép họ phát hiện ra nhiều loại phân tử khác nhau.

Jacob Lustig-Yaeger nhận định: “Chúng tôi có thể tạm loại trừ dạng khí quyển mặt đất tại hành tinh này. Rất có thể bầu khí quyển của LHS 475 b không quá dày và chủ yếu chứa methane, tương tự như Titan - mặt trăng của Sao Thổ”.

Các nhà thiên văn học sẽ tiếp tục có cơ hội quan sát ngoại hành tinh này vào mùa hè năm nay để tiếp tục thực hiện những phân tích tiếp theo nhằm xác định chính xác sự tồn tại của khí quyển tại đó. Ngoài ra, dựa trên dữ liệu từ kính James Webb, LHS 475 b có nhiệt độ cao hơn Trái Đất khoảng vài trăm độ. Nếu mây được phát hiện tại đây, có thể hành tinh này sẽ giống như Sao Kim - người “anh em sinh đôi' của Trái Đất, nhưng nóng hơn, với bầu khí quyển chứa carbon dioxide.

“Đây chỉ là nghiên cứu bước đầu của chúng tôi về những hành tinh ngoại cảnh nhỏ”, Jacob nói, “Chúng tôi mới chỉ bắt đầu khám phá về bề mặt và khí quyển của chúng'.

Theo quan sát, LHS 475 b hoàn thành một vòng quỹ đạo quanh ngôi sao lùn đỏ, sao chủ của nó, sau hai ngày Trái Đất. Với nhiệt độ chỉ bằng một nửa Mặt Trời, có khả năng hành tinh này vẫn giữ được khí quyển của mình, mặc dù nó nằm rất gần sao chủ.

Các nhà nghiên cứu tin rằng đây chỉ là một trong những phát hiện đáng chú ý trong tương lai của kính James Webb. Mark Clampin, giám đốc Bộ phận Vật lý Thiên văn tại Trụ sở chính của NASA, nói: “Kết quả quan sát về một hành tinh đá có kích thước tương đương Trái Đất đã mở ra nhiều cơ hội nghiên cứu về bầu khí quyển tại các hành tinh tương tự trong tương lai. Kính Webb đã đưa chúng tôi gần hơn đến những hiểu biết mới về những thế giới giống như Trái Đất ngoài hệ Mặt Trời, và sứ mệnh của chúng tôi chỉ mới bắt đầu'.

Tại cuộc họp gần đây, các nhà nghiên cứu chia sẻ nhiều phát hiện mới của kính James Webb, bao gồm cả một vòng bụi lớn hình đĩa xoay quanh ngôi sao lùn đỏ gần đó. Đây là lần đầu tiên mà kính viễn vọng ghi lại được một vòng đĩa như thế nhờ vào bước sóng hồng ngoại mà mắt thường không thể nhìn thấy.

Đĩa bụi này quay quanh ngôi sao có tên AU Mic và là phần còn lại sau quá trình hình thành hành tinh. Khi các vật thể nhỏ, cứng (gọi là vi thể hành tinh) va chạm với nhau, chúng tạo ra một vòng bụi lớn quanh ngôi sao và tạo ra một đĩa bụi khổng lồ.

“Đĩa bụi này sẽ luôn được bổ sung thêm mảnh vỡ từ các va chạm của vi thể hành tinh. Bằng cách nghiên cứu nó, chúng tôi có thể hiểu được lịch sử động lực học gần đây của hệ thống này”, Kellen Lawson, nghiên cứu sinh sau tiến sĩ tại NASA nói.

Kính James Webb giúp các nhà thiên văn học quan sát các vùng lân cận của ngôi sao. Dữ liệu thu được sẽ giúp họ hiểu rõ hơn để tìm kiếm các hành tinh khổng lồ với quỹ đạo rộng trong các hệ sao, tương tự như Sao Thổ và Sao Mộc trong hệ Mặt Trời của chúng ta.

Đĩa bụi quay quanh AU Mic cách chúng ta 32 năm ánh sáng trong chòm sao Microscopium. Theo nhà nghiên cứu, ngôi sao này có tuổi đời khoảng 23 triệu năm, vì vậy quá trình hình thành hành tinh xung quanh đã kết thúc, bởi quá trình này thường chỉ mất dưới 10 triệu năm. Các kính viễn vọng khác đã phát hiện ra hai hành tinh quay quanh ngôi sao này.

Josh Schlieder, cộng tác viên của nghiên cứu này, nói: “Hệ thống này là một trong số ít ví dụ về một ngôi sao trẻ, với các hành tinh ngoại hành đã biết và một đĩa bụi đủ gần và đủ sáng để nghiên cứu một cách tổng thể bằng cách sử dụng các công cụ mạnh mẽ độc đáo của kính Webb”.

Ngoài ra, kính viễn vọng Webb cũng được dùng để quan sát bên trong NGC 346, một khu vực hình thành sao nằm trong một thiên hà lùn lân cận có tên Small Megallanic Cloud. 2 - 3 tỷ năm sau vụ nổ lớn khai sinh ra vũ trụ, các thiên hà chứa đầy những hình sao, và đỉnh điểm của quá trình hình thành này được gọi là “Cosmic Noon'.

“Một thiên hà trong thời điểm Cosmic Noon sẽ không chỉ có một NGC 346 mà nó sẽ có hàng ngàn khu vực hình thành sao như vậy,” Margaret Meixner, nhà thiên văn học tại Hiệp hội Nghiên cứu Vũ trụ Đại học nói, “Ngay cả khi hiện tại, NGC 346 là cụm sao khổng lồ duy nhất đang diễn ra quá trình hình thành sao với tốc độ cao trong thiên hà của nó, thì nó vẫn mang đến cho chúng ta cơ hội tuyệt vời để thăm dò các điều kiện diễn ra vào thời điểm Cosmic Noon'.

Quan sát cách các ngôi sao hình thành trong thiên hà này cho phép các nhà thiên văn học so sánh sự hình thành sao trong dải ngân hà Milky Way của chúng ta. Theo hình ảnh mới thu được của kính Webb, có thể thấy các ngôi sao đang hình thành kéo theo khí và bụi, tạo thành lớp khí từ các đám mây phân tử xung quanh với hình thù giống như một dải ruy băng. Lớp khí này sẽ nuôi dưỡng các vì sao để chúng “lớn lên' thành hành tinh.

Guido De Marchi, thành viên của Cơ quan Vũ trụ Châu Âu, nói: “Chúng ta đang quan sát được sự hình thành không chỉ của các ngôi sao, mà còn có khả năng là của các hành tinh. Vì Small Magellanic Cloud có môi trường tương tự như môi trường của các thiên hà vào thời điểm Cosmic Noon, nên có thể các hành tinh đất đá đã hình thành trong vũ trụ sớm hơn rất nhiều so với những gì chúng ta biết'.

Nguồn: CNN, NASA