Kính viễn vọng Không gian James Webb của NASA đã thực hiện một cuộc điều tra mới về K2-18 b, một ngoại hành tinh có khối lượng gấp 8,6 lần Trái Đất. Kết quả cho thấy sự hiện diện của các phân tử chứa carbon, bao gồm methane và carbon dioxide. Phát hiện này của Webb củng cố các nghiên cứu gần đây, gợi ý rằng K2-18 b có thể là một ngoại hành tinh Hycean, một loại hành tinh có khả năng sở hữu bầu khí quyển giàu hydro và bề mặt được bao phủ bởi đại dương nước.
Khái niệm nghệ thuật này cho thấy ngoại hành tinh K2-18 b có thể trông như thế nào dựa trên dữ liệu khoa học. K2-18 b, một ngoại hành tinh lớn hơn Trái Đất 8,6 lần, quay quanh ngôi sao lùn mát K2-18 trong vùng có thể sống được và nằm cách Trái Đất 120 năm ánh sáng. Sự phong phú của methane và carbon dioxide, cùng với sự thiếu hụt amoniac, ủng hộ giả thuyết rằng có thể có một đại dương nước bên dưới bầu khí quyển giàu hydro ở K2-18 b.
Những hiểu biết ban đầu về các đặc tính khí quyển của ngoại hành tinh nằm trong vùng có thể sống được này đến từ các quan sát bằng Kính viễn vọng Không gian Hubble của NASA, đã thúc đẩy các nghiên cứu sâu hơn, thay đổi sự hiểu biết của chúng ta về hệ hành tinh này.
K2-18 b quay quanh ngôi sao lùn nguội K2-18 trong vùng có thể sống được và cách Trái Đất 120 năm ánh sáng trong chòm sao Leo. Các ngoại hành tinh như K2-18 b, có kích thước nằm giữa Trái Đất và Sao Hải Vương, không giống bất cứ thứ gì trong hệ mặt trời của chúng ta. Sự thiếu hụt các hành tinh tương đương gần đó có nghĩa là các “tiểu Hải Vương Tinh” này chưa được hiểu rõ và bản chất khí quyển của chúng là một vấn đề tranh luận sôi nổi giữa các nhà thiên văn học.
Giả thuyết cho rằng tiểu Hải Vương Tinh K2-18 b có thể là một ngoại hành tinh Hycean rất hấp dẫn, vì một số nhà thiên văn học tin rằng những thế giới này là môi trường đầy hứa hẹn để tìm kiếm bằng chứng về sự sống trên các ngoại hành tinh.
“Những phát hiện của chúng tôi nhấn mạnh tầm quan trọng của việc xem xét các môi trường sống đa dạng trong việc tìm kiếm sự sống ở nơi khác,” Nikku Madhusudhan, một nhà thiên văn học tại Đại học Cambridge và là tác giả chính của bài báo công bố những kết quả này giải thích. “Theo truyền thống, việc tìm kiếm sự sống trên các ngoại hành tinh chủ yếu tập trung vào các hành tinh đá nhỏ hơn, nhưng các thế giới Hycean lớn hơn có lợi hơn đáng kể cho các quan sát khí quyển.”
Phổ của K2-18 b, thu được bằng NIRISS (Máy chụp ảnh cận hồng ngoại và Máy quang phổ không khe) và NIRSpec (Máy quang phổ cận hồng ngoại) của Webb, hiển thị sự phong phú của methane và carbon dioxide trong bầu khí quyển của ngoại hành tinh, cũng như khả năng phát hiện một phân tử gọi là dimethyl sulfide (DMS). Việc phát hiện methane và carbon dioxide, và sự thiếu hụt amoniac, hỗ trợ giả thuyết rằng có thể có một đại dương nước bên dưới bầu khí quyển giàu hydro ở K2-18 b. K2-18 b, lớn hơn Trái Đất 8,6 lần, quay quanh ngôi sao lùn nguội K2-18 trong vùng có thể sống được và nằm cách Trái Đất 120 năm ánh sáng.
Sự suy luận về DMS ít mạnh mẽ hơn và cần được xác nhận thêm. “Các quan sát Webb sắp tới sẽ có thể xác nhận liệu DMS có thực sự hiện diện trong bầu khí quyển của K2-18 b ở mức độ đáng kể hay không,” Madhusudhan giải thích.
Mặc dù K2-18 b nằm trong vùng có thể sống được và hiện được biết là có chứa các phân tử mang carbon, nhưng điều này không nhất thiết có nghĩa là hành tinh này có thể hỗ trợ sự sống. Kích thước lớn của hành tinh – với bán kính gấp 2,6 lần bán kính Trái Đất – có nghĩa là bên trong hành tinh có khả năng chứa một lớp phủ lớn gồm băng áp suất cao, giống như Sao Hải Vương, nhưng với bầu khí quyển giàu hydro mỏng hơn và bề mặt đại dương. Các thế giới Hycean được dự đoán là có các đại dương nước. Tuy nhiên, cũng có thể đại dương quá nóng để có thể ở được hoặc ở dạng lỏng.
“Mặc dù loại hành tinh này không tồn tại trong hệ mặt trời của chúng ta, nhưng các tiểu Hải Vương Tinh là loại hành tinh phổ biến nhất được biết đến cho đến nay trong thiên hà,” thành viên nhóm Subhajit Sarkar của Đại học Cardiff giải thích. “Chúng tôi đã thu được quang phổ chi tiết nhất về một tiểu Hải Vương Tinh trong vùng có thể sống được cho đến nay và điều này cho phép chúng tôi tìm ra các phân tử tồn tại trong bầu khí quyển của nó.”
Việc mô tả đặc điểm khí quyển của các ngoại hành tinh như K2-18 b – có nghĩa là xác định các loại khí và điều kiện vật lý của chúng – là một lĩnh vực rất tích cực trong thiên văn học. Tuy nhiên, những hành tinh này bị lu mờ – theo đúng nghĩa đen – bởi ánh sáng chói lọi của các ngôi sao mẹ lớn hơn nhiều của chúng, điều này khiến việc khám phá bầu khí quyển của ngoại hành tinh trở nên đặc biệt khó khăn.
Nhóm nghiên cứu đã lách qua thách thức này bằng cách phân tích ánh sáng từ ngôi sao mẹ của K2-18 b khi nó đi qua bầu khí quyển của ngoại hành tinh. K2-18 b là một ngoại hành tinh quá cảnh, có nghĩa là chúng ta có thể phát hiện sự sụt giảm độ sáng khi nó đi qua bề mặt của ngôi sao chủ của nó. Đây là cách ngoại hành tinh này được phát hiện lần đầu tiên vào năm 2015 với sứ mệnh K2 của NASA. Điều này có nghĩa là trong quá trình quá cảnh, một phần nhỏ ánh sáng sao sẽ đi qua bầu khí quyển của ngoại hành tinh trước khi đến các kính viễn vọng như Webb. Sự đi qua của ánh sáng sao qua bầu khí quyển của ngoại hành tinh để lại dấu vết mà các nhà thiên văn học có thể ghép lại để xác định các loại khí của bầu khí quyển của ngoại hành tinh.
“Kết quả này chỉ có thể thực hiện được nhờ vào phạm vi bước sóng mở rộng và độ nhạy chưa từng có của Webb, cho phép phát hiện mạnh mẽ các đặc điểm quang phổ chỉ với hai lần quá cảnh,” Madhusudhan nói. “Để so sánh, một quan sát quá cảnh với Webb cung cấp độ chính xác tương đương với tám quan sát với Hubble được thực hiện trong vài năm và trong một phạm vi bước sóng tương đối hẹp.”
“Những kết quả này là sản phẩm của chỉ hai quan sát về K2-18 b, với nhiều kết quả khác đang trên đường đến,” thành viên nhóm Savvas Constantinou của Đại học Cambridge giải thích. “Điều này có nghĩa là công việc của chúng tôi ở đây chỉ là một minh chứng ban đầu về những gì Webb có thể quan sát được ở các ngoại hành tinh trong vùng có thể sống được.”
Kết quả của nhóm đã được chấp nhận đăng trên The Astrophysical Journal Letters.
Nhóm nghiên cứu hiện có ý định tiến hành nghiên cứu tiếp theo với máy quang phổ MIRI (Thiết bị trung hồng ngoại) của kính viễn vọng mà họ hy vọng sẽ xác nhận thêm những phát hiện của họ và cung cấp những hiểu biết mới về các điều kiện môi trường trên K2-18 b.
“Mục tiêu cuối cùng của chúng tôi là xác định sự sống trên một ngoại hành tinh có thể ở được, điều này sẽ thay đổi sự hiểu biết của chúng ta về vị trí của chúng ta trong vũ trụ,” Madhusudhan kết luận. “Những phát hiện của chúng tôi là một bước đầy hứa hẹn hướng tới sự hiểu biết sâu sắc hơn về các thế giới Hycean trong nhiệm vụ này.”
