Kính viễn vọng ghi lại hình ảnh ngoại hành tinh lạnh lẽo trên quỹ đạo ‘kỳ dị’

Theo Live Science, hình ảnh được công bố ngày 10.6, đánh dấu cột mốc mới trong nỗ lực khám phá thế giới ngoài hệ Mặt trời của JWST.

14 Her c quay quanh ngôi sao 14 Herculis, một sao giống Mặt trời ở khoảng cách gần 60 năm ánh sáng trong chòm Hercules. Trên ảnh JWST, hành tinh hiện lên như chấm màu cam nhạt, bức xạ từ bầu khí quyển lạnh ở -3°C được tái hiện qua màu sắc yếu ớt. Những quan sát trước đây chỉ ghi nhận các ngoại hành tinh trẻ, nóng phát sáng mạnh trong hồng ngoại; vì thế, việc chụp hình trực tiếp một thiên thể 4 tỉ năm tuổi, lạnh lẽo như 14 Her c là thành tựu đáng nể.

Trong hệ 14 Herculis, hai hành tinh hiện biết bao gồm 14 Her c, không nằm trên cùng mặt phẳng quỹ đạo như trong hệ Mặt trời chúng ta. Thay vào đó, quỹ đạo của chúng nghiêng lệch khoảng 40° so với nhau, tạo nên hình chữ “X” khi nhìn từ ngoài vào. 14 Her c cách ngôi sao chủ khoảng 2,2 tỉ cây số, tương đương 15 lần khoảng cách Trái đất - Mặt trời, vị trí nếu đặt trong hệ Mặt trời của chúng ta sẽ ở giữa sao Thổ và sao Thiên Vương.

Nhà nghiên cứu William Balmer từ Đại học Johns Hopkins (Mỹ) cho biết bố cục quỹ đạo bất thường có thể là hậu quả của đợt “phóng” hành tinh lớn thứ 3 khỏi hệ trước đó, khiến hai hành tinh còn lại rơi vào “cuộc kéo co hấp dẫn” kéo dài và ổn định nhiều triệu năm. Sự bấp bênh này vô tình giúp nhóm quan sát dễ tách hành tinh khỏi ánh sáng chói của sao chủ hơn.

Chụp ảnh ngoại hành tinh nhỏ, mờ hơn sao chủ hàng nghìn đến hàng tỉ lần là thách thức kỹ thuật lớn. Để làm được điều đó, JWST sử dụng coronagraph - thiết bị che chắn trực tiếp ánh sáng ngôi sao, cho phép phát hiện những tín hiệu hồng ngoại yếu từ 14 Her c.

Ông Balmer cho biết: “Nhờ quỹ đạo nghiêng, chúng tôi tự tin rằng Webb có thể phân giải hành tinh ngoài cùng trong hệ”.

Kết quả là bức hình cho thấy tấm “đom đóm” cam nhạt giữa nền tối, mở ra danh mục ngày càng dài các ngoại hành tinh già hơn, lạnh hơn mà con người có thể quan sát trực tiếp.

Dựa trên tuổi 4 tỉ năm và khối lượng gấp bảy lần sao Mộc, các mô hình tiến hóa tiên đoán 14 Her c sẽ tỏa nhiệt mạnh hơn. Tuy nhiên, ảnh chụp từ JWST cho thấy nó mờ nhạt hơn đáng kể.

“Chúng tôi tìm thấy trong khí quyển carbon dioxide và carbon monoxide thay vì metan như mong đợi, chứng tỏ luồng khí nóng từ sâu bên trong bay lên các lớp trên lạnh hơn, kết hợp cùng những đám mây băng mỏng, tạo thành ‘tấm chăn’ giữ nhiệt, khiến hành tinh trông lạnh và tối hơn”, ông Balmer giải thích.

Sự khác biệt giữa dự đoán và quan sát không đặt dấu hỏi cho các mô hình, mà mở ra hướng nghiên cứu mới về động cơ khí quyển và cấu trúc mây băng trên các ngoại hành tinh già.

Thành công với 14 Her c không chỉ là vấn đề kỹ thuật. Nó cho phép các nhà thiên văn khảo sát những hành tinh sở hữu tuổi, nhiệt độ và quỹ đạo đa dạng, góp phần làm sáng tỏ cơ chế hình thành và tiến hóa hệ hành tinh nói chung. Khám phá này giúp họ trả lời câu hỏi lớn “Hệ Mặt Trời của chúng ta đã xuất hiện như thế nào và có khác biệt ra sao so với các hệ khác?”.

“Chúng tôi muốn hiểu cách những thế giới này thay đổi theo thời gian, bởi lẽ đó là chìa khóa để hiểu con đường dẫn đến Trái đất”, nhà khoa học Balmer cho hay.

Trong tương lai, JWST sẽ tiếp tục khai thác khả năng chụp ảnh trực tiếp các ngoại hành tinh già, lạnh hơn, mở rộng danh sách hiện tại vốn chủ yếu bao gồm những “đứa trẻ khổng lồ” chưa quá 1 tỉ năm tuổi. Song song đó, các dữ liệu phổ hấp thụ từ JWST sẽ cho thấy thành phần khí, cấu trúc mây và nhiệt độ phân tầng sâu hơn.

Qua mỗi bức ảnh, mỗi phổ đo được, tấm màn bí ẩn của vũ trụ lại được hé mở thêm một chút. Với 14 Her c, Webb đã khẳng định vai trò không thể thay thế trong kỷ nguyên khám phá không gian sâu, nơi mỗi thế giới, dù mờ nhạt đến đâu, vẫn góp phần vào bức tranh lớn về sự sống và vũ trụ.