Hình ảnh của một nghệ sĩ về một hành tinh ngoại với bầu không khí phình ra.
(Ảnh: © NASA)
Hóa ra, các ngoại hành tinh có thể ngọt ngào như một chuyến đi đến hội chợ nhà nước: Hai thế giới được phát hiện bởi Kính viễn vọng Không gian Kepler của NASA có mật độ tương đương với một gói kẹo bông. Hai hành tinh, quay quanh một ngôi sao trẻ chỉ khoảng 500 triệu năm tuổi, là những thế giới sơ sinh rộng gần bằng những người khổng lồ khí, mặc dù chúng nặng hơn 10 lần khối lượng Trái đất.
Sử dụng Kính viễn vọng Không gian Hubble của NASA, các nhà nghiên cứu đã thực hiện các quan sát tiếp theo về hai thế giới "ngon", được gọi là Kepler-51b và Kepler-51d. Họ phát hiện ra rằng bầu khí quyển của các thế giới rất có thể chứa một đám mây trải dài trên bề mặt của chúng. Bầu khí quyển mở rộng của thế giới đã đặt chúng vào một lớp ngoại hành tinh hiếm, siêu phồng.
"Đây là những ngoại hành tinh có mật độ thấp nhất cho đến nay", Jessica Roberts cho biết vào tháng trước. Cô đã trình bày kết quả sơ bộ trong cuộc họp nửa năm lần thứ 232 của Hiệp hội Thiên văn học Hoa Kỳ tại Denver. Một sinh viên tốt nghiệp tại Đại học Colorado, Boulder, Roberts đã giúp đưa ra một so sánh giống như Trái đất cho các hành tinh. Cô tìm thấy một sự tương tự khác thường cho siêu phồng - một món ngọt. [Khám phá hành tinh ngoài hành tinh hấp dẫn nhất năm 2017]
"Tôi muốn bạn hình dung những hành tinh khổng lồ làm từ kẹo bông", cô nói.
"Titans thực sự mịn"
Năm 2011, Kepler phát hiện ra một thế giới mật độ thấp quay quanh ngôi sao trẻ Kepler 51; nghiên cứu sau đó xác nhận hành tinh có hai anh chị em. Cả ba hành tinh đều có bầu không khí phình ra, và những quan sát ban đầu cho thấy mật độ thấp của chúng.
Các siêu phồng đã thu hút sự chú ý của cố vấn tiến sĩ của Roberts tại Boulder, Zachory Berta-Thompson, người đã nghi ngờ rằng bầu khí quyển đầy hơi sẽ dễ nghiên cứu hơn so với bầu khí quyển ổn định hơn ở các thế giới khác. Cùng với một số đồng nghiệp, các nhà khoa học đã sử dụng Hubble để thăm dò hóa học của khí quyển 51b và 51d khi cặp đôi vượt qua hai lần giữa ngôi sao và Trái đất của họ. Thế giới thứ ba, 51c, chỉ cắt rìa mặt trời của hệ thống, giữ kín bầu không khí của nó, và do đó không phải là một phần của nghiên cứu mới.
Các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng cả hai hành tinh đều tạo ra tín hiệu cho thấy các hạt nhỏ gọi là aerosol thống trị bầu khí quyển. Những sol khí này có thể được tạo ra bởi các ngân hàng đám mây khổng lồ, hoặc chúng có thể là dấu hiệu của một đám mây bao quanh hành tinh.
"Dự đoán tốt nhất của chúng tôi là chúng tôi không xử lý một số loại ngưng tụ đám mây", Roberts nói. "Những gì chúng ta có khả năng xử lý là một loại khói mù quang hóa mà chúng ta không biết nó được làm từ gì."
Trong hệ mặt trời, mặt trăng lớn nhất của Sao Thổ, Titan, là người duy nhất bị chi phối bởi một lớp khói mù làm từ hydrocarbon, rất có thể là metan và ethane. Mặt trăng khổng lồ có thể cung cấp cái nhìn sâu sắc về siêu phồng, có thể mang một phiên bản mở rộng của khói mù.
"Chúng tôi có thể đang xem xét một số Titans thực sự mịn màng," Roberts nói. [Twilight Haze tỏa sáng trên Titan Mặt trăng lớn của Sao Thổ trong Ảnh Cassini tuyệt đẹp]
Các hành tinh kẹo bông
Tính mật độ của một hành tinh đòi hỏi phải quay trở lại vật lý trung học. Mật độ của một vật là khối lượng của nó chia cho thể tích của nó; khối lượng được xác định bởi bán kính của nó. Các phép đo chính xác của Hubble đã giúp các nhà nghiên cứu hạn chế tốt hơn khối lượng của các ngoại hành tinh. Để tìm bán kính của chúng - và do đó khối lượng của chúng - các nhà khoa học so sánh kích thước của hành tinh với ngôi sao của nó. Bằng cách xem lại những gì đã biết về ngôi sao, Roberts và các đồng nghiệp của cô đã có thể xác định bán kính chính xác hơn.
Kepler-51b có khối lượng gấp đôi Trái đất và bán kính lớn hơn khoảng bảy lần, và nó quay quanh ngôi sao của nó sau mỗi 45 ngày. Với quỹ đạo 130 ngày, Kepler-51d lớn hơn một chút, to gấp 7,5 lần Trái đất với bán kính gần gấp mười lần hành tinh của chúng ta. Anh chị em thứ ba, Kepler-51c, mất 85 ngày để đi vòng quanh ngôi sao và có bán kính gấp bốn lần Trái đất.
Bằng cách kết hợp khối lượng cập nhật với bán kính sửa đổi, các nhà nghiên cứu có thể tính toán rằng mật độ của các hành tinh dao động từ 0,03 gram đến 0,06 gram trên mỗi cm khối. Đó là một phần mười dày đặc như Sao Thổ, hành tinh dày đặc nhất của hệ mặt trời và là một hành tinh sẽ nổi trong nước nếu bạn có thể tìm thấy một bồn tắm đủ lớn.
Tìm hiểu điều đó có nghĩa gì trong các thuật ngữ trong thế giới thực sẽ tốn nhiều công sức hơn một chút, nhưng Roberts đã quyết tâm.
Suy nghĩ đầu tiên của cô là về kẹo dẻo. Cô làm tan chảy một mẻ trong lò vi sóng nhưng thấy các món ăn trắng vẫn quá đậm đặc.
"Đó chỉ là một mớ hỗn độn khủng khiếp", cô nói với Space.com.
Để được khấu trừ kẹo bông, cô đến một cửa hàng tạp hóa và mua hộp đựng kẹo bông. Các vật liệu mới được quay không đủ đậm đặc, nhưng cô hy vọng các bồn được đóng gói sẵn có thể hoạt động. Cô đã đo thể tích của vật chứa và cân vật liệu để tính mật độ của nó, đây là một kết hợp gần giống với siêu phồng.
"Tôi đã mua rất nhiều những chiếc bồn này, [nhân viên thu ngân] giống như, bạn phải là một người hâm mộ kẹo bông," Roberts nói.
"Tôi đã như thế, đó là cho khoa học."
Các hành tinh trẻ
Tại sao những thế giới này rất dày đặc? Roberts nghĩ rằng tuổi trẻ của họ có thể đóng một vai trò quan trọng. Các hành tinh hình thành khi bụi và đá va chạm để xây dựng một thế giới. Khi lõi đá đủ lớn, trọng lực của nó kéo theo khí nhẹ hơn để tạo ra bầu không khí.
Theo các người mẫu, ba siêu phồng hình thành bên ngoài đường tuyết của hệ thống của họ, ranh giới vô hình xung quanh các ngôi sao trung tâm nơi khí đủ lạnh để ngưng tụ thành băng. Các hành tinh sau đó di chuyển vào bên trong, đạt đến quỹ đạo hiện tại của chúng. Khi họ tiến gần hơn đến ngôi sao ấm áp, băng của họ tan chảy và tạo ra một bầu không khí khí bắt đầu phình ra.
Trong khi các hành tinh bắt đầu ấm lên từ các vụ va chạm hình thành nên chúng, chúng nguội dần theo thời gian, gây ra sự co lại của vật chất. Đồng thời, những cơn gió sao tước đi một phần bầu khí quyển của chúng. Theo Roberts, các mô hình cho thấy rằng trong 5 tỷ năm tới, khi nó già hơn Trái đất ngày nay một chút, 51b sẽ trông giống như một hành tinh Hải vương điển hình. Bởi vì nó cách xa ngôi sao hơn, cô nói rằng "51d có thể sẽ là một chút kỳ quặc, bởi vì nó không có quá nhiều bầu khí quyển của nó."
"Trong vài tỷ năm nữa, chúng ta sẽ thấy những hành tinh này nhỏ hơn so với hiện tại", Roberts nói.
Nếu bạn có thể đứng trên một trong những siêu phồng (giả sử nó có bề mặt đá), áp lực của bầu khí quyển có thể sẽ rất cao, Roberts nói. Cô sẽ tốt hơn khi nổi xung quanh cao hơn trong bầu không khí nơi áp lực sẽ thấp hơn, cô nói thêm.
Đầu đời, Trái đất có lẽ tự hào về bầu không khí cồng kềnh của mình, cô nói, mặc dù có lẽ nó đã mất nó rất nhanh.
Các nhà khoa học có kế hoạch trình nghiên cứu của họ để công bố vào cuối mùa hè này.
Bây giờ chúng ta chỉ cần thế giới ngọt ngào để thể thao màu kẹo bông, chẳng hạn như màu xanh, hồng, tím hoặc xanh lá cây!
