Các nhà khoa học tiết lộ bí mật hình thành của một "thế giới khí" kỳ dị lửng lơ giữa vũ trụ

Một nghiên cứu mới sử dụng dữ liệu từ Kính viễn vọng Không gian đắt giá nhất thế giới James Webb (JWST) đã giúp các nhà khoa học hiểu rõ hơn về quá trình hình thành hành tinh xa xôi WASP-121b. Dẫn đầu bởi các nhà thiên văn Thomas Evans-Soma và Cyril Gapp, nhóm nghiên cứu tập trung phát hiện các phân tử chủ chốt trong khí quyển hành tinh để giải mã lịch sử và chuyển động của hành tinh trong không gian.

WASP-121b là một hành tinh khí khổng lồ cực nóng, bị "khóa" trong quỹ đạo siêu chặt quanh sao chủ - gần đến mức nó hoàn thành một vòng quay chỉ trong 30,5 giờ. Một mặt hành tinh luôn hướng về ngôi sao, đạt nhiệt độ trên 3000°C, trong khi mặt còn lại chìm trong bóng tối vĩnh viễn với nhiệt độ khoảng 1500°C.

Sử dụng máy quang phổ cận hồng ngoại (NIRSpec) của JWST, nhóm nghiên cứu đã phát hiện hơi nước (H₂O), carbon monoxide (CO), silicon monoxide (SiO) và methane (CH₄). Tín hiệu rất mạnh: nước ở mức ý nghĩa 5.5–13.5σ, CO ở 10.8–12.8σ, SiO ở 5.7–6.2σ và methane ở mặt tối ở 3.1–5.1σ.

Điểm thú vị là cả nguyên tố chịu lửa (vật liệu thường duy trì dạng rắn dưới nhiệt cao như silicon, sắt, magie) và chất dễ bay hơi (như nước, methane) đều được tìm thấy. Thông thường rất khó phát hiện chúng cùng lúc do tín hiệu nằm ở các bước sóng khác nhau. Nhà khoa học Evans-Soma giải thích: "Nhiệt độ mặt ngày đủ cao để các vật liệu chịu lửa - vốn là hợp chất rắn chịu nhiệt - tồn tại dưới dạng khí trong khí quyển hành tinh".

So sánh các nguyên tố phát hiện với thành phần sao chủ, nhóm nhận thấy hành tinh chứa nhiều carbon, oxy và silicon hơn dự kiến. Những giá trị vượt mức sao chủ (siêu sao) này cho thấy hành tinh hình thành bằng cách thu gom cả những "viên sỏi" giàu khí và các vi hành tinh đá. Với nhiều hợp chất tồn tại dạng khí, giới thiên văn coi WASP-121b như một phòng thí nghiệm tự nhiên giúp khám phá đặc tính khí quyển hành tinh.

Hành tinh này có lẽ hình thành ở vùng lạnh hơn trong đĩa khí-bụi nguyên thủy - đủ xa để nước đóng băng nhưng đủ ấm để methane hóa khí. Môi trường này tương tự vùng giữa Sao Mộc và Sao Thiên Vương trong Hệ Mặt Trời. Sau đó, nó di chuyển vào gần sao chủ hơn.

Phát hiện bất ngờ khác là methane ở mặt tối. Theo mô hình hiện tại, methane không thể tồn tại nhiều ở đây vì không khí từ mặt ngày nóng sẽ trộn sang mặt tối và phân hủy methane. Thực tế này thách thức các mô hình động lực học ngoại hành tinh đã biết - có lẽ chúng cần điều chỉnh để tái tạo hiện tượng trộn khí thẳng đứng mạnh mẽ mà chúng tôi phát hiện ở mặt tối WASP-121b”.

Methane có lẽ bị đẩy lên từ các tầng khí quyển sâu hơn nhờ gió thẳng đứng mạnh. Các tầng sâu này giàu methane do nhiệt độ thấp hơn và tỷ lệ carbon/oxy cao.

Nhóm thu thập dữ liệu suốt quỹ đạo hành tinh và cả khi nó đi ngang sao chủ. Trong sự kiện quá cảnh này, một phần ánh sáng sao xuyên qua khí quyển ngoài mỏng của hành tinh, giúp xác định thành phần hóa học. Gapp giải thích: "Quang phổ thu được xác nhận sự hiện diện của silicon monoxide, carbon monoxide và nước từ dữ liệu phát xạ. Tuy nhiên, chúng tôi không tìm thấy methane ở vùng chuyển tiếp giữa ngày và đêm".