Quan sát trực tiếp bầu khí quyển của siêu Trái đất

Một nhóm các nhà thiên văn vừa có những đo đạc trực tiếp bầu khí quyển của một hành tinh ngoài hệ mặt trời lần đầu tiên. Nghiên cứu cho biết ngoại hành tinh với tên gọi GJ 1214b được bao phủ bởi một bầu khí quyển giàu hơi nước.

Mô phỏng GJ 1214b (Ảnh:Paul A Kempton)

Kể từ khi, các hành tinh ngoài hệ mặt trời được tìm thấy lần đều tiên vào năm 1995, đến nay đã có hơn 500 hành tinh tương tự được tìm thấy. Trong khi đa số chúng là hành tinh chứa khí khổng lồ, kiểu như Mộc tinh, các nhà thiên văn đang cố tìm kiếm các ngoại hành tinh nhỏ hơn và giống với trái đất hơn.

GJ 1214b nặng bằng 6.5 lần trái đất và được gọi là Siêu Trái đất vì nằm trong giới hạn khối lượng từ hai đến mười lần khối lượng của địa cầu. Nó được tìm thấy vào năm 2009, hiện đang quay quanh một ngôi sao cách chúng ta khoảng 40 năm ánh sáng, ngoại hành tinh này có mật độ thấp và do đó, bị bao phủ bởi một bầu khí quyển. Tuy nhiên, phải chờ đến nghiên cứu mới đây, được lãnh đạo bởi Jacob Bean tại Trung tâm thiên văn Harvard-Smithsonian, US, các đo đạc trực tiếp bầu khí quyển của hành tinh này mới được tiến hành.

Bean và các cộng sự sử dụng một máy ghi phổ, gắn kết với VLT để phân tích ánh sáng đến từ ngôi sao mẹ khi hành tinh đang nằm giữa ngôi sao và hướng nhìn của chúng ta. Khi ánh sáng truyền qua bầu khí quyển của Siêu trái đất, chúng sẽ mang theo dấu hiệu của các chất hóa học có trong bầu khí quyển này. Do đó, phổ của ánh sáng thu được sẽ có những quãng trống, ứng với bước sóng ánh sáng mà bầu khí quyển của ngoại hành tinh đã hấp thụ. Điều quan trọng là, phổ mà Bean đo được của GJ 1214b lại không có các quãng trống này.

Bầu khí quyển gồm các đám mây tự do bị loại trừ

Một kết quả như vậy loại trừ mô hình một bầu khí quyển giàu hi-đrô và chuyển động tự do giống như Hải vương tinh. Vì là nguyên tố nhẹ nhất nên hi-đrô không bám sát vào hành tinh, tạo điều kiện cho việc hấp thụ ánh sáng tốt hơn. "Bầu khí quyển với đa số là hi-đrô sẽ phồng to," Bean cho biết. "Sự phồng này mang lại dấu hiệu quan trọng trong phổ mà chúng tôi đo được."

Sự thiếu vắng một dấu hiệu như vậy sẽ đưa nghiên cứu của Bean đi theo một hướng khác. "Một quang phổ không có gì đặc biệt nói với chúng ta rằng, có khả năng bầu khí quyển sẽ rất đặc. Trái ngược với bầu khí quyển phồng to, bầu khí quyển của hành tinh này khá mỏng và dày đến nổi chúng ta không thể nhìn xuyên qua được, giống như Kim tinh hay vệ tinh Titan của Thổ tinh," Bean giải thích.

Ứng cử viên chính cho hóa chất phổ biến trong bầu khí quyển này là hơi nước: GJ 1214b quá gần sao chủ đển nổi nó có thể bị bay hơi nhanh chóng. Bean tin rằng sẽ sớm có câu trả lời: "Tôi nghĩ chúng ta sẽ sớm có câu trả lời trong một năm hoặc có thể sớm hơn, chúng ta cần những quan sát ở bước sóng dài hơn. Trong khi các đám mây và sương mù có cùng dãi hấp thụ ánh sáng, thì các bước sóng rất dài khác sẽ mang lại sự khác biệt."

Tuy nhiên, một vài nhà nghiên cứu cũng cảnh báo. "Việc quan sát được thực hiện thông qua bầu khí quyển của Trái đất, là đối tượng khó chịu của các nhà thiên văn," Carole Haswell, một nhà nghiên cứu ngoại hành tinh tại Đại học mở cho biết. "Việc họ đang làm sẽ trở nên rất khó khăn, những lỗi nhỏ mang tính hệ thống sẽ mang đến ảnh hưởng lớn trong kết quả thu được. Cách tốt nhất, chắc chắn và cũng đáng phấn khích là kiểm tra nó ngoài không gian, như dùng kính Hubble," bà cho biết thêm.

Nếu nghiên cứu của Bean được thừa nhận, Haswell nhận thấy hướng tiếp cận này sẽ là thành phần quan trọng trong việc tìm kiếm một Trái đất thứ hai. "Nếu bạn có thể đo đạc thành phần cấu tạo của bầu khí quyển của GJ 1214b, khi đó bạn đã tiến tới khá gần kết luận chúng giống Trái đất như thế nào. Đây là bước tiến lớn trong việc trả lời câu hỏi liệu Trái đất có phải là duy nhất hay không."

David Sing, một nhà nghiên cứu khí quyển của các ngoại hành tinh tại Đại học Exeter cũng đồng tình với quan điểm này. "Chúng ta có một số nghiên cứu quan phổ gọi là 'các hành tinh nóng kiểu Thổ tinh' nhưng đây là lần đầu tiên một hành tinh kiểu địa cầu được đo đạc," ông cho biết. "Đây là một bước tiến quan trọng trong việc đạt đến mục đích cuối cùng là tìm kiếm một hành tinh giống Trái đất có dấu hiệu của sự sống."

Haswell cũng tin rằng, chúng ta đã đi được một đoạn đường dài chỉ trong một khoảng thời gian ngắn. "Thực tế, từ năm 1995 chúng ta chưa biết bất cứ một hành tinh nào quay quanh một ngôi sao và hiện nay chúng ta đang đo đạc bầy khí quyển của các hành tinh kiểu Trái đất cũng là một điều khó tưởng tượng."

Nghiên cứu được đăng trên Nature 468 669.

Theo Colin Stuart (physicsworld.com)