Hành trình Khoa học, Không gian và Thời gian!
Các nhà thiên văn học phát hiện ra rằng khối lượng lõi của ngoại hành tinh WASP-107b thấp hơn nhiều so với những gì trước đây người ta nghĩ có thể đối với một hành tinh khí khổng lồ.
Các nhà thiên văn học tại Đại học Montréal đã tìm thấy khối lượng lõi của ngoại hành tinh khổng lồ WASP-107b thấp hơn nhiều so với những gì được cho là cần thiết để tạo nên lớp vỏ khí khổng lồ bao quanh các hành tinh khổng lồ như Sao Mộc và Sao Thổ.
Khám phá hấp dẫn này của Ph.D. sinh viên Caroline Piaulet của Viện Nghiên cứu về Hành tinh ngoài hành tinh (iREx) của UdeM cho rằng các hành tinh khí khổng lồ hình thành dễ dàng hơn nhiều so với những gì được tin tưởng trước đây.
Piaulet là một phần của nhóm nghiên cứu đột phá của giáo sư vật lý thiên văn UdeM Björn Benneke, vào năm 2019 đã công bố phát hiện nước đầu tiên trên một hành tinh ngoại nằm trong vùng sinh sống của ngôi sao của nó.
Được công bố hôm nay trên Tạp chí Thiên văn (Astronomical Journal) cùng với các đồng nghiệp ở Canada, Mỹ, Đức và Nhật Bản, phân tích mới về cấu trúc bên trong của WASP-107b có ý nghĩa rất lớn.
Benneke chia sẻ: “Công trình này giải quyết những nền tảng về cách các hành tinh khổng lồ có thể hình thành và phát triển. “Nó cung cấp bằng chứng cụ thể rằng sự tích tụ lớn của một vỏ khí có thể được kích hoạt cho các lõi có khối lượng nhỏ hơn nhiều so với suy nghĩ trước đây.”
Lớn bằng sao Mộc nhưng nhẹ hơn 10 lần
WASP-107b được phát hiện lần đầu tiên vào năm 2017 xung quanh WASP-107, một ngôi sao cách Trái đất khoảng 212 năm ánh sáng trong chòm sao Xử Nữ. Hành tinh này rất gần với ngôi sao của nó – gần Trái đất hơn 16 lần so với Mặt trời. To bằng Sao Mộc nhưng nhẹ hơn 10 lần, WASP-107b là một trong những hành tinh ngoại có mật độ thấp nhất từng được biết đến: một loại mà các nhà vật lý thiên văn gọi là hành tinh “siêu phồng” hay “kẹo bông”.
Piaulet và nhóm của cô lần đầu tiên sử dụng các quan sát của WASP-107b thu được tại Đài quan sát Keck ở Hawai’i để đánh giá khối lượng của nó chính xác hơn. Họ sử dụng phương pháp vận tốc xuyên tâm, cho phép các nhà khoa học xác định khối lượng của một hành tinh bằng cách quan sát chuyển động lắc lư của ngôi sao chủ của nó do lực hút của hành tinh. Họ kết luận rằng khối lượng của WASP-107b bằng khoảng 1/10 khối lượng của sao Mộc, hay khoảng 30 lần khối lượng của Trái đất.
Sau đó, nhóm nghiên cứu đã thực hiện một phân tích để xác định cấu trúc bên trong của hành tinh. Họ đã đưa ra một kết luận đáng ngạc nhiên: với mật độ thấp như vậy, hành tinh này phải có phần lõi rắn không quá 4 lần khối lượng Trái đất. Điều này có nghĩa là hơn 85% khối lượng của nó được bao gồm trong lớp khí dày bao quanh lõi này. Để so sánh, Sao Hải Vương, có khối lượng tương tự như WASP-107b, chỉ có 5 đến 15 phần trăm tổng khối lượng trong lớp khí của nó.
Piaulet nói thêm: “Chúng tôi có rất nhiều câu hỏi về WASP-107b. “Làm sao một hành tinh có mật độ thấp như vậy lại có thể hình thành? Và làm thế nào nó giữ cho lớp khí khổng lồ của nó không thoát ra ngoài, đặc biệt là khi hành tinh này ở gần ngôi sao của nó?
“Điều này đã thúc đẩy chúng tôi phân tích kỹ lưỡng để xác định lịch sử hình thành của nó”.
Một gã khổng lồ khí đốt đang phát triển
Các hành tinh hình thành trong đĩa bụi và khí bao quanh một ngôi sao trẻ được gọi là đĩa tiền hành tinh. Các mô hình cổ điển về sự hình thành hành tinh khí khổng lồ dựa trên Sao Mộc và Sao Thổ. Trong đó, một lõi rắn có khối lượng gấp ít nhất 10 lần so với Trái đất là cần thiết để tích tụ một lượng lớn khí trước khi đĩa tan.
Không có lõi khổng lồ, các hành tinh khí khổng lồ được cho là không thể vượt qua ngưỡng tới hạn cần thiết để hình thành và giữ lại các lớp khí lớn của chúng.
Vậy làm thế nào để giải thích sự tồn tại của WASP-107b, có lõi nhỏ hơn nhiều? Giáo sư Đại học McGill và thành viên của iREx, Eve Lee, một chuyên gia nổi tiếng thế giới về các hành tinh siêu phồng như WASP-107b, đã đưa ra một số giả thuyết.
Bà nói: “Đối với WASP-107b, kịch bản hợp lý nhất là hành tinh được hình thành cách xa ngôi sao, nơi khí trong đĩa đủ lạnh để sự tích tụ khí có thể xảy ra rất nhanh. “Hành tinh này sau đó đã có thể di chuyển đến vị trí hiện tại của nó, thông qua các tương tác với đĩa hoặc với các hành tinh khác trong hệ thống.”
Khám phá hành tinh thứ hai, WASP-107c
Các quan sát của Keck về hệ thống WASP-107 bao gồm một khoảng thời gian dài hơn nhiều so với các nghiên cứu trước đó, cho phép nhóm nghiên cứu do UdeM dẫn đầu có thêm một khám phá: sự tồn tại của hành tinh thứ hai, WASP-107c, với khối lượng khoảng một phần ba của sao Mộc, nhiều hơn đáng kể so với WASP-107b.
WASP-107c cũng ở xa ngôi sao trung tâm hơn nhiều; mất ba năm để hoàn thành một quỹ đạo xung quanh nó, so với chỉ 5,7 ngày đối với WASP-107b. Cũng thú vị: độ lệch tâm của hành tinh thứ hai này cao, có nghĩa là quỹ đạo của nó quanh ngôi sao của nó có hình bầu dục hơn là hình tròn.
Piaulet nói: “WASP-107c ở một số khía cạnh đã lưu giữ ký ức về những gì đã xảy ra trong hệ thống của nó. “Độ lệch tâm lớn của nó gợi ý về một quá khứ khá hỗn loạn, với sự tương tác giữa các hành tinh có thể dẫn đến sự dịch chuyển đáng kể, giống như hành tinh được nghi ngờ đối với WASP-107b.”
Một số câu hỏi khác
Ngoài lịch sử hình thành, vẫn còn nhiều điều bí ẩn xung quanh WASP-107b. Các nghiên cứu về bầu khí quyển của hành tinh bằng Kính viễn vọng Không gian Hubble được công bố vào năm 2018 đã tiết lộ một điều bất ngờ: nó chứa rất ít khí mê-tan.
Piaulet nói: “Điều đó thật kỳ lạ, bởi vì đối với loại hành tinh này, khí mê-tan phải rất dồi dào. “Chúng tôi hiện đang phân tích lại các quan sát của Hubble với khối lượng mới của hành tinh để xem nó sẽ ảnh hưởng đến kết quả như thế nào và để xem xét những cơ chế nào có thể giải thích sự phá hủy khí mê-tan.”
Nhà nghiên cứu trẻ có kế hoạch tiếp tục nghiên cứu WASP-107b, hy vọng với việc Kính viễn vọng Không gian James Webb được phóng vào năm 2021, sẽ cung cấp ý tưởng chính xác hơn nhiều về thành phần khí quyển của hành tinh.
Bà nói: “Các hành tinh như WASP-107b không có chất tương tự trong Hệ Mặt trời của chúng ta cho phép chúng ta hiểu rõ hơn về cơ chế hình thành hành tinh nói chung và sự đa dạng của các hành tinh ngoài”. “Nó thúc đẩy chúng tôi nghiên cứu chúng rất chi tiết.”
Nguồn truyện:
Tài liệu do Đại học Montreal cung cấp . Lưu ý: Nội dung có thể được chỉnh sửa về kiểu dáng và độ dài.
Tham khảo Tạp chí :