Phát hiện một ngoại hành tinh mới với hình dạng kỳ lạ và bầu khí quyển chưa từng được ghi nhận

Mới đây, nhờ các quan sát của Kính viễn vọng Không gian James Webb (JWST), các nhà nghiên cứu đã phát hiện một ngoại hành tinh được đánh giá là dị thường bậc nhất từng được ghi nhận, với bầu khí quyển hoàn toàn khác biệt so với mọi ngoại hành tinh đã biết. Cho đến nay, nguồn gốc hình thành của thiên thể này vẫn là một dấu hỏi lớn.

Ngoại hành tinh mang ký hiệu PSR J2322-2650b có khối lượng xấp xỉ sao Mộc và chuyển động quanh một ngôi sao đã chết, được gọi là pulsar. Pulsar là dạng sao phát ra các luồng bức xạ cực mạnh quét qua không gian theo chu kỳ, tương tự như ánh sáng của một ngọn hải đăng vũ trụ.

Về mặt phân loại, hệ sao này thuộc nhóm “pulsar góa phụ đen” - những hệ sao đôi ban đầu gồm một pulsar và một thiên thể đồng hành, nhưng theo thời gian, thiên thể này dần bị bào mòn và “nuốt chửng” bởi bức xạ dữ dội từ pulsar.

Việc một hành tinh quay quanh pulsar không phải là điều hoàn toàn hiếm gặp. Những ngoại hành tinh đầu tiên từng được xác nhận, Poltergeist (PSR B1257+12 B) và Phobetor (PSR B1257+12 C), được phát hiện vào năm 1992, cũng nằm trên quỹ đạo quanh một pulsar - cụ thể là một sao neutron trẻ quay với tốc độ rất cao. Tuy nhiên, PSR J2322-2650b trở nên đặc biệt bởi hình dạng elip khác thường, gợi liên tưởng tới một quả chanh hoặc quả bóng bầu dục, cùng với bầu khí quyển chưa từng được ghi nhận ở bất kỳ ngoại hành tinh nào trước đây.

Giống như các sao neutron khác, pulsar được hình thành khi những ngôi sao khổng lồ, có khối lượng ít nhất gấp 10 lần Mặt Trời, cạn kiệt nhiên liệu cho phản ứng nhiệt hạch. Khi đó, các lớp vỏ ngoài cùng phần lớn khối lượng của sao bị thổi bay trong một vụ nổ siêu tân tinh. Phần lõi còn lại, với khối lượng từ một đến hai lần Mặt Trời, bị nén xuống đường kính chỉ khoảng 20 km. Nhờ bảo toàn mô-men động lượng, lõi sao này có thể quay với tốc độ lên tới 700 vòng mỗi giây.

PSR J2322-2650b trở nên đặc biệt bởi hình dạng elip khác thường, gợi liên tưởng tới một quả chanh hoặc quả bóng bầu dục, cùng với bầu khí quyển chưa từng được ghi nhận ở bất kỳ ngoại hành tinh nào trước đây

Theo phân tích từ dữ liệu của JWST, bầu khí quyển của PSR J2322-2650b chủ yếu bao gồm heli và carbon. Các nhà khoa học cho rằng trong khí quyển này có thể tồn tại những đám mây muội carbon, ngưng tụ và tạo ra các cơn “mưa kim cương” rơi sâu vào bên trong hành tinh.

PSR J2322-2650b chỉ cách pulsar mẹ khoảng 1 triệu dặm (1,6 triệu km), trong khi khoảng cách từ Trái Đất tới Mặt Trời lớn hơn con số này khoảng 100 lần. Ngoại hành tinh này hoàn thành một vòng quỹ đạo chỉ trong khoảng 8 giờ. Hình dạng giống quả chanh của nó được cho là hệ quả của lực thủy triều cực mạnh sinh ra bên trong hành tinh dưới tác động hấp dẫn dữ dội từ ngôi sao đã chết mà nó quay quanh.

Ngôi sao mẹ của PSR J2322-2650b chính là một pulsar mili-giây. Dù phát ra bức xạ gamma rất mạnh, pulsar này lại không phát xạ đáng kể ở dải hồng ngoại. Đây là yếu tố then chốt bởi JWST được thiết kế để quan sát vũ trụ trong vùng hồng ngoại, đồng nghĩa pulsar này không che khuất tầm quan sát của kính viễn vọng không gian trị giá 10 tỷ USD khi các nhà khoa học nghiên cứu PSR J2322-2650b. Nhờ điều đó, nhóm nghiên cứu đã có thể phân tích chi tiết bầu khí quyển và phát hiện thành phần đặc biệt của hành tinh này.

PSR J2322-2650b bị khóa thủy triều với pulsar mẹ, tức một nửa hành tinh luôn hướng về phía sao neutron, tạo thành mặt ngày, trong khi nửa còn lại vĩnh viễn quay ra không gian, trở thành mặt đêm. Nhiệt độ cao nhất ở mặt ngày có thể lên tới khoảng 3.700 độ F (2.040 độ C), trong khi nhiệt độ thấp nhất ở mặt đêm vào khoảng 1.200 độ F (650 độ C).

Ở mức nhiệt như vậy, carbon ở dạng phân tử lẽ ra phải kết hợp với các nguyên tử khác và chỉ có thể chiếm ưu thế khi khí quyển gần như không chứa oxy hoặc nitơ. Trong số khoảng 150 bầu khí quyển ngoại hành tinh đã được nghiên cứu cho đến nay, chưa có trường hợp nào khác ghi nhận rõ ràng sự hiện diện áp đảo của carbon phân tử.

Nhóm nghiên cứu cho rằng vẫn còn một khả năng có thể giải thích sự ra đời của hành tinh này, liên quan trực tiếp đến những hiện tượng đặc biệt trong bầu khí quyển dị thường của PSR J2322-2650b.

“Khi thiên thể đồng hành nguội dần, hỗn hợp carbon và oxy bên trong bắt đầu kết tinh. Các tinh thể carbon tinh khiết nổi lên trên, hòa trộn vào heli, và đó là những gì chúng ta quan sát được. Nhưng sau đó phải có một điều gì đó ngăn oxy và nitơ xuất hiện. Và chính ở điểm này, bí ẩn bắt đầu”, Roger Romani, thành viên nhóm nghiên cứu thuộc Đại học Stanford, cho biết.

“Tuy nhiên, việc chưa biết hết mọi thứ cũng rất thú vị. Tôi mong chờ được tìm hiểu thêm về sự kỳ quái của bầu khí quyển này. Thật tuyệt khi có một bài toán để tiếp tục theo đuổi,” ông Romani nói thêm.