Vào tháng 2 năm 2017, thế giới đã rất kinh ngạc khi biết rằng các nhà thiên văn học - sử dụng dữ liệu từ kính viễn vọng TRAPPIST ở Chile và Kính viễn vọng Không gian Spitzer - đã xác định được một hệ thống gồm 7 ngoại hành tinh đá trong hệ thống TRAPPIST-1. Như thể điều này không đủ khích lệ đối với những người đam mê ngoại hành tinh, điều đó cũng chỉ ra rằng ba trong số bảy hành tinh quay quanh khu vực có thể ở được trong các ngôi sao (hay còn gọi là Goldilocks Zone).
Kể từ đó, hệ thống này là trọng tâm của các nghiên cứu và theo dõi đáng kể để xác định liệu có bất kỳ hành tinh nào của nó có thể ở được hay không. Nội tại của những nghiên cứu này là câu hỏi liệu các hành tinh có nước lỏng trên bề mặt của chúng hay không. Nhưng theo một nghiên cứu mới của một nhóm các nhà thiên văn học Mỹ, các hành tinh TRAPPIST thực sự có thể có quá nhiều nước để hỗ trợ sự sống.
Nghiên cứu có tiêu đề Di chuyển vào bên trong các hành tinh TRAPPIST-1 được suy ra từ các tác phẩm giàu nước của họ, gần đây đã xuất hiện trên tạp chí Thiên văn học thiên nhiên. Nghiên cứu được dẫn dắt bởi Cayman T. Unterborn, một nhà địa chất học của Trường khám phá không gian và trái đất (SESE), và bao gồm Steven J. Desch, Alejandro Lorenzo (cũng từ SESE) và Natalie R. Hinkel - một nhà vật lý thiên văn của Đại học Vanderbilt , Columbia.
Như đã lưu ý, nhiều nghiên cứu đã được tiến hành đã tìm cách xác định xem liệu bất kỳ hành tinh TRAPPIST-1 nào có thể ở được hay không. Và trong khi một số người nhấn mạnh rằng họ sẽ không thể giữ bầu khí quyển của họ lâu do thực tế là họ quay quanh một ngôi sao có thể thay đổi và dễ bị lóa (như tất cả các sao lùn đỏ), các nghiên cứu khác đã tìm thấy bằng chứng cho thấy hệ thống có thể giàu nước và lý tưởng cho việc hoán đổi cuộc sống.
Vì mục đích nghiên cứu của họ, nhóm nghiên cứu đã sử dụng dữ liệu từ các cuộc khảo sát trước đó đã cố gắng đặt các ràng buộc về khối lượng và đường kính của các hành tinh TRAPPIST-1 để tính mật độ của chúng. Phần lớn trong số này đến từ bộ dữ liệu có tên là Hypatia Catalogue (được phát triển bởi tác giả đóng góp Hinkel), hợp nhất dữ liệu từ hơn 150 nguồn văn học để xác định sự phong phú của các ngôi sao gần Mặt trời của chúng ta.
Sử dụng dữ liệu này, nhóm đã xây dựng các mô hình thành phần bán kính khối lượng để xác định nội dung dễ bay hơi của từng hành tinh TRAPPIST-1. Những gì họ nhận thấy là các hành tinh TRAPPIST là ánh sáng truyền thống cho các khối đá, cho thấy hàm lượng cao của các yếu tố dễ bay hơi (như nước). Trên các thế giới mật độ thấp tương tự, thành phần dễ bay hơi thường được cho là có dạng khí quyển.
Nhưng như Unterborn đã giải thích trong một bài báo gần đây của SESE, các hành tinh TRAPPIST-1 lại là một vấn đề khác:
Các hành tinh TRAPPIST-1 có khối lượng quá nhỏ để giữ đủ khí để bù đắp mật độ thâm hụt. Ngay cả khi họ có thể giữ khí, lượng cần thiết để bù đắp mật độ thâm hụt sẽ khiến hành tinh này phình to hơn nhiều so với chúng ta thấy.
Vì điều này, Unterborn và các đồng nghiệp đã xác định rằng thành phần mật độ thấp trong hệ thống hành tinh này phải là nước. Để xác định lượng nước đã có, nhóm nghiên cứu đã sử dụng gói phần mềm độc đáo được phát triển có tên là ExoPlex. Phần mềm này sử dụng các máy tính vật lý khoáng sản tiên tiến cho phép nhóm nghiên cứu kết hợp tất cả các thông tin có sẵn về hệ thống TRAPPIST-1 - không chỉ khối lượng và bán kính của từng hành tinh.
Những gì họ tìm thấy là các hành tinh bên trong (b và c) là những người khô cằn khác - có ít hơn 15% lượng nước - trong khi các hành tinh bên ngoài (f và g) có hơn 50% nước theo khối lượng. Để so sánh, Trái đất chỉ có 0,02% nước theo khối lượng, điều đó có nghĩa là những thế giới này có lượng tương đương với hàng trăm đại dương có kích thước Trái đất trong khối lượng của chúng. Về cơ bản, điều này có nghĩa là các hành tinh TRAPPIST-1 có thể có quá nhiều nước để hỗ trợ sự sống. Như Hinkel đã giải thích:
Thông thường chúng ta nghĩ rằng có nước lỏng trên một hành tinh là một cách để bắt đầu sự sống, vì sự sống, như chúng ta biết trên Trái đất, có thành phần chủ yếu là nước và đòi hỏi nó phải sống. Tuy nhiên, một hành tinh là một thế giới nước, hay một hành tinh không có bề mặt nào trên mặt nước, không có các chu trình địa hóa hoặc nguyên tố quan trọng hoàn toàn cần thiết cho sự sống.
Những phát hiện này không tốt cho những người tin rằng các ngôi sao loại M là nơi có nhiều khả năng nhất có các hành tinh có thể ở được trong thiên hà của chúng ta. Không chỉ sao lùn đỏ là loại sao phổ biến nhất trong Vũ trụ, chiếm 75% số sao trong Dải Ngân hà, một số sao tương đối gần với Hệ Mặt trời của chúng ta đã được tìm thấy có một hoặc nhiều hành tinh đá quay quanh chúng.
Ngoài TRAPPIST-1, chúng bao gồm các siêu Trái đất được phát hiện xung quanh LHS 1140 và GJ 625, ba hành tinh đá được phát hiện xung quanh Gliese 667 và Proxima b - ngoại hành tinh gần nhất với Hệ Mặt trời của chúng ta. Ngoài ra, một cuộc khảo sát được thực hiện bằng máy quang phổ HARPS tại Đài thiên văn ESO Lôi La Silla năm 2012 chỉ ra rằng có thể có hàng tỷ hành tinh đá quay quanh khu vực của các ngôi sao lùn đỏ có thể ở được trong Dải Ngân hà.
Thật không may, những phát hiện mới nhất này chỉ ra rằng các hành tinh của hệ thống TRAPPIST-1 không thuận lợi cho sự sống. Hơn nữa, có lẽ sẽ không có đủ sự sống trên chúng để tạo ra các sinh trắc học có thể quan sát được trong bầu khí quyển của chúng. Ngoài ra, nhóm nghiên cứu cũng kết luận rằng các hành tinh TRAPPIST-1 phải hình thành nên người cha cách xa ngôi sao của họ và di cư vào bên trong theo thời gian.
Điều này dựa trên thực tế là các hành tinh TRAPPIST-1 giàu băng gần với các dòng băng băng sao của họ tương ứng với các ngôi sao khác. Trong bất kỳ hệ mặt trời nào, các hành tinh nằm trong đường thẳng này sẽ trở nên cứng hơn vì nước của chúng sẽ bốc hơi hoặc ngưng tụ để hình thành các đại dương trên bề mặt của chúng (nếu có bầu khí quyển đủ). Ngoài dòng này, nước sẽ có dạng băng và có thể được bồi đắp để tạo thành các hành tinh.
Từ các phân tích của họ, nhóm nghiên cứu đã xác định rằng các hành tinh TRAPPIST-1 phải hình thành ngoài đường băng và di chuyển về phía ngôi sao chủ của chúng để đảm nhận quỹ đạo hiện tại của chúng. Tuy nhiên, vì các ngôi sao loại M (sao lùn đỏ) được biết là sáng nhất sau dạng đầu tiên và mờ dần theo thời gian, dòng băng cũng sẽ di chuyển vào bên trong. Như đồng tác giả Steven Desch đã giải thích, do đó các hành tinh di cư sẽ phụ thuộc vào thời điểm chúng hình thành.
Các hành tinh được hình thành càng sớm, càng xa ngôi sao mà chúng cần hình thành để có quá nhiều băng, ông nói. Dựa trên thời gian để các hành tinh đá hình thành trong bao lâu, nhóm nghiên cứu ước tính rằng các hành tinh ban đầu phải cách xa ngôi sao của chúng gấp đôi so với hiện tại. Mặc dù có những dấu hiệu khác cho thấy các hành tinh trong hệ thống này di chuyển theo thời gian, nghiên cứu này là lần đầu tiên định lượng việc di chuyển và sử dụng dữ liệu thành phần để hiển thị nó.
Nghiên cứu này không phải là nghiên cứu đầu tiên chỉ ra rằng các hành tinh quay quanh các ngôi sao lùn đỏ trên thực tế có thể là thế giới nước Cam, điều đó có nghĩa là các hành tinh đá có lục địa trên bề mặt của chúng là một điều tương đối hiếm. Đồng thời, các nghiên cứu khác đã được thực hiện chỉ ra rằng các hành tinh như vậy có khả năng gặp khó khăn trong việc giữ khí quyển của chúng, cho thấy rằng chúng sẽ không tồn tại trong thế giới nước trong thời gian dài.
Tuy nhiên, cho đến khi chúng ta có thể nhìn rõ hơn về các hành tinh này - điều này sẽ khả thi với việc triển khai các công cụ thế hệ tiếp theo (như Kính viễn vọng không gian James Webb) - chúng tôi sẽ buộc phải đưa ra giả thuyết về những gì chúng tôi không biết dựa trên những gì chúng tôi làm. Bằng cách từ từ tìm hiểu thêm về những điều này và các ngoại hành tinh khác, khả năng xác định nơi chúng ta nên tìm kiếm sự sống ngoài Hệ Mặt Trời của chúng ta sẽ được cải thiện.
