Một khái niệm của một nghệ sĩ về thế giới TRAPPIST-1, dựa trên dữ liệu có sẵn về đặc điểm của các hành tinh.
(Ảnh: © NASA / JPL-Caltech)
Thế giới lớn nhất trong hệ thống TRAPPIST-1 bảy hành tinh tự hào có một bầu không khí đã phát triển theo thời gian, thay vì một thế giới hình thành cùng với nó.
Các quan sát được thực hiện với Kính viễn vọng Không gian Hubble của NASA cho thấy bầu khí quyển của hành tinh này khác với môi trường non trẻ của nó, có nghĩa là rất có thể đó là một thế giới đá tương tự như các thế giới khác trong hệ thống.
"Bầu không khí này không phải là bầu khí quyển mà nó sinh ra", Hannah Wakeford, một nhà nghiên cứu tại Viện Khoa học Kính viễn vọng Không gian ở Baltimore, Maryland, nói với Space.com. Một bầu không khí tự nhiên sẽ rất giàu hydro, mà các nhà nghiên cứu không thấy. Thay vào đó, "nó đã được thay đổi bởi các quy trình khác nhau", Wakeford nói. Hoạt động khí quyển và địa chất có thể đã đóng một vai trò quan trọng trong những thay đổi. [Tham quan Exoplanet: Gặp gỡ 7 hành tinh có kích thước trái đất của TRAPPIST-1]
Wakeford và các đồng nghiệp đã sử dụng Hubble để nghiên cứu TRAPPIST-1 g, hành tinh thứ sáu từ ngôi sao. Trước đây, họ đã thăm dò bầu khí quyển của năm hành tinh đầu tiên, được xác định bằng các chữ cái từ b đến f, và thấy rằng cả năm hành tinh đều thiếu khí quyển hydro khổng lồ chỉ ra những người khổng lồ khí, khiến chúng có nhiều khả năng là đá. Nghiên cứu trước đây của họ đã không đủ chính xác để xác định liệu TRAPPIST-1 g có mang bầu không khí ban đầu hay không.
"G là dấu hỏi cuối cùng trong đó," Wakeford nói. "Giống như anh chị em của nó, nó không chứa bầu không khí nguyên thủy của nó. Nó có một bầu không khí tiến hóa."
Cô đã trình bày kết quả vào tháng 1 tại cuộc họp mùa đông của Hiệp hội Thiên văn Hoa Kỳ tại Seattle.
"Muối và tiêu"
Vào năm 2016, các nhà thiên văn học tại Kính viễn vọng nhỏ và Hành tinh nhỏ của Chile (TRAPPIST) đã công bố phát hiện của họ về ba hành tinh xung quanh ngôi sao mờ TRAPPIST-1. Bốn thế giới nữa được phát hiện trong vòng một năm, nâng tổng số lên bảy. Tất cả các hành tinh nằm trong vùng có thể ở được của ngôi sao của chúng, khu vực nơi nước lỏng có thể tồn tại trên bề mặt của một hành tinh. Chỉ cách Trái đất 40 năm ánh sáng, TRAPPIST-1 chứa hầu hết các hành tinh được biết là nằm trong vùng có thể ở của một ngôi sao.
TRAPPIST-1 g là lớn nhất thế giới, với ước tính đặt nó ở mức khoảng 1,1 lần khối lượng Trái đất.
Nếu các hành tinh là những người khổng lồ khí, họ sẽ giữ được bầu không khí nguyên thủy, giàu hydro. Ngược lại, thế giới đá có sức mạnh để thay đổi bầu không khí của họ. Sự chuyển động của carbon có thể đóng một vai trò quan trọng trong bầu không khí phát triển. Lớp phủ nóng chảy magma bẫy carbon bên dưới bề mặt. Khi magma di chuyển về phía bề mặt, áp suất giảm cho phép carbon thoát ra ở dạng khí. Trên trái đất, carbonate bị bẫy được giải phóng dưới dạng carbon dioxide, một loại khí nhà kính cho phép hành tinh của chúng ta phát triển ấm hơn bằng cách giữ nhiệt từ mặt trời. Nghiên cứu trong quá khứ cho thấy các thế giới như Sao Hỏa và mặt trăng cũng có thể bẫy các vật liệu giàu carbon, cũng như các nguyên tố khác và giải phóng chúng vào bầu khí quyển ở dạng khí.
Còn được gọi là sao lùn đỏ, các sao lùn M như TRAPPIST-1 tạo thành quần thể sao cao nhất trong thiên hà. Một số nghiên cứu cho thấy ba trong số bốn ngôi sao có thể là một sao lùn M. Những ngôi sao tồn tại lâu hơn và lạnh hơn so với những ngôi sao giống như mặt trời, nhưng chúng cũng hoạt động mạnh mẽ đến mức khiến các hành tinh của chúng bị bức xạ mang theo những ngọn lửa và phun trào mạnh mẽ. [Cách phân biệt các loại sao (Infographic)]
Nhiệt độ mát mẻ của chúng cũng có thể gây ra vấn đề trong việc tìm kiếm sự sống. Các sao lùn M có khối lượng thấp có thể tự hào với các đám mây và thậm chí là hơi nước trong khí quyển của chúng, giống như các hành tinh lớn nhất. Những phân tử này có thể tạo ra tín hiệu sai cho các nhà thiên văn học cố gắng nghiên cứu bầu khí quyển của các thế giới quay quanh chúng.
Khi một hành tinh đi qua giữa ngôi sao và Trái đất, các nhà thiên văn học có thể nghiên cứu luồng ánh sáng xuyên qua bầu trời của nó để giải phóng một số bí ẩn của bầu khí quyển hành tinh. Bởi vì chúng mang các phân tử nước, các sao lùn M có thể làm cho quá trình trở nên khó khăn hơn; có thể khó xác định liệu các tín hiệu cho thấy sự hiện diện của nước đến từ hành tinh hay ngôi sao.
"Vì ngôi sao có những đặc điểm này, nên nó có nghĩa là các phép đo mà bạn thực hiện, bạn không thể chắc chắn 100% rằng đó không phải là ngôi sao mà bạn đang đo", Wakeford nói. "Bạn phải có khả năng loại trừ sự hiện diện và hiệu ứng mà ngôi sao đang có trên các hành tinh này."
Để giúp giải quyết vấn đề lộn xộn, Wakeford và các đồng nghiệp đã phát triển một phương pháp để loại bỏ sự ô nhiễm của sao. Đầu tiên, họ đã thực hiện một nghiên cứu chuyên sâu về TRAPPIST-1, xem xét cách nhiệt độ của ngôi sao thay đổi ở các vị trí khác nhau.
"Bản thân ngôi sao là hỗn hợp của ba loại nhiệt độ khác nhau", Wakeford nói. Nhìn chung, ngôi sao này tương đối mát mẻ, với một phần ba trong số đó được bao phủ ở những điểm ấm hơn một chút là 2.726 độ C (4.940 độ F). Ít hơn 3 phần trăm của ngôi sao được bao phủ với các điểm cực kỳ nóng ở nhiệt độ 5.526 C (9,980 F).
Đó là bởi vì TRAPPIST-1 được bao phủ bởi các điểm sao mà Wakeford nói là nhỏ hơn và mờ hơn so với những gì được tìm thấy trên mặt trời của chúng ta.
"Sự phân bố của [các điểm] giống như muối và hạt tiêu - nó chỉ được phát hiện ở khắp mọi nơi và phân bố đều," Wakeford nói.
Bằng cách nghiên cứu ngôi sao như một hành tinh riêng lẻ trong hệ thống của nó đi qua giữa nó và Trái đất, các nhà thiên văn học có thể kiểm tra nhiệt độ từ ngôi sao thay đổi như thế nào.
"Chúng ta thực sự có thể sử dụng hành tinh này như một đầu dò các đặc tính nhiệt độ của ngôi sao", Wakeford nói.
Với thông tin đó trong tay, các nhà thiên văn học sau đó đã kiểm tra bầu khí quyển của hành tinh, tự tin rằng họ có thể giải thích các tín hiệu phân tử đến từ ngôi sao. Họ có thể loại trừ bầu khí quyển hydro phồng lớn xung quanh g có thể cho rằng đó là một khối khí khổng lồ chứ không phải là một thế giới đá có không khí bị thay đổi bởi các quá trình địa chất và khí quyển.
"Điều đó thực sự dẫn đến bản chất trên mặt đất thực sự của hành tinh này", Wakeford nói.
Nhóm nghiên cứu cũng sử dụng các phép đo của họ để tính bán kính của hành tinh bằng 1,24 lần bán kính Trái đất, tạo ra mật độ ngay dưới hành tinh của chúng ta. Điều này phù hợp với TRAPPIST-1 g một cách chắc chắn: Đó là một thế giới đầy đá.
Với sáu trong số các hành tinh tránh đường, các nhà thiên văn học hy vọng sẽ hướng sự chú ý của họ đến vật thể thứ bảy và cuối cùng, TRAPPIST-1 h. Họ dự định nghiên cứu hành tinh vào mùa hè năm 2019.
Wakeford nói: "Sẽ rất thú vị khi áp dụng phương pháp này một lần nữa, không chỉ để xem hành tinh này được tạo ra mà còn để xem ngôi sao thay đổi và ảnh hưởng đến hành tinh này như thế nào".
Hơn nữa, quá trình họ phát triển để tách ô nhiễm hơi nước khỏi TRAPPIST-1 cũng có thể được áp dụng cho các quan sát của các sao lùn M khác.
Nghiên cứu được công bố vào cuối năm 2018 trên Tạp chí Thiên văn.
