Kể từ khi ngoại hành tinh đầu tiên được xác nhận vào năm 1992, các nhà thiên văn học đã tìm thấy hàng ngàn thế giới ngoài Hệ Mặt trời của chúng ta. Với ngày càng nhiều khám phá xảy ra mọi lúc, trọng tâm của nghiên cứu ngoại hành tinh đã bắt đầu chuyển từ từ phát hiện ra ngoại hành tinh sang đặc tính ngoại hành tinh. Về cơ bản, các nhà khoa học hiện đang tìm cách xác định thành phần của các ngoại hành tinh để xác định xem chúng có thể hỗ trợ sự sống hay không.
Một phần quan trọng của quá trình này là tìm hiểu có bao nhiêu nước tồn tại trên các ngoại hành tinh, điều cần thiết cho cuộc sống như chúng ta biết. Trong một hội thảo khoa học gần đây, một nhóm các nhà khoa học đã trình bày nghiên cứu mới chỉ ra rằng nước có khả năng là thành phần chính của những hành tinh ngoại có kích thước từ hai đến bốn lần Trái đất. Những phát hiện này sẽ có ý nghĩa nghiêm trọng khi nói đến việc tìm kiếm sự sống ngoài Hệ Mặt trời của chúng ta.
Nghiên cứu này là chủ đề của bài thuyết trình có tiêu đề Giải thích mô hình tăng trưởng của hành tinh phân phối kích thước hành tinh, diễn ra tại Hội nghị Goldschmidt 2018 ở Boston. Trong một phiên có tiêu đề, Vai trò của Thoát khí quyển cực đoan từ Exoplanets nóng, nhóm nghiên cứu đã trình bày những phát hiện chỉ ra rằng thế giới nước có thể phổ biến hơn so với suy nghĩ trước đây.
Những phát hiện này được dựa trên dữ liệu từ Kính thiên văn vũ trụ Kepler và Gaia Nhiệm vụ, được phân tích bởi một nhóm các nhà khoa học quốc tế do Tiến sĩ Li Zeng - một nhà nghiên cứu từ Khoa Khoa học Trái đất và Hành tinh thuộc Đại học Harvard dẫn đầu. Như họ đã chỉ ra, Kepler Nhiệm vụ đã đo chính xác bán kính của hơn 4000 ứng cử viên ngoại hành tinh, cùng với chu kỳ quỹ đạo của họ và các thông số khác.
Các ứng cử viên ngoại hành tinh này có thể được chia thành hai loại kích thước: những loại có bán kính gấp 1,5 lần Trái đất và những loại trung bình khoảng 2,5 bán kính Trái đất. Kết hợp với các phép đo khối lượng và bán kính gần đây từ Gaia Nhiệm vụ, nhóm nghiên cứu đã có thể phát triển một mô hình cấu trúc bên trong hành tinh này. Trong khi các hành tinh rơi vào loại trước đây được cho là đá, thì các hành tinh sau thường được cho là từ siêu Trái đất đến người khổng lồ khí có kích cỡ sao Hải Vương.
Tuy nhiên, theo mô hình được phát triển bởi Li và các đồng nghiệp của ông, nhiều ngoại hành tinh được xác nhận có kích thước từ hai đến bốn lần Trái đất trên thực tế có thể là thế giới nước. Trên các hành tinh này, khoảng 50% khối lượng bao gồm nước, trong khi đó nước chỉ chiếm 0,2% khối lượng Trái đất. Như Tiến sĩ Zeng đã giải thích trong quá trình thuyết trình:
Thật là một bất ngờ lớn khi nhận ra rằng phải có rất nhiều thế giới nước, chúng tôi đã xem xét khối lượng liên quan đến bán kính và đã phát triển một mô hình có thể giải thích mối quan hệ như thế nào. Mô hình chỉ ra rằng những hành tinh ngoại có bán kính khoảng x1,5 bán kính Trái đất có xu hướng là các hành tinh đá (thường là x5 khối lượng Trái đất), trong khi những hành tinh có bán kính Trái đất x2,5 (có khối lượng khoảng x10 Trái đất) có lẽ là thế giới nước.
Tuy nhiên, khi người ta xem xét các đặc điểm quỹ đạo của các hành tinh này (tức là chúng quay gần với các ngôi sao tương ứng của chúng như thế nào), một bức tranh rất thú vị bắt đầu xuất hiện. Như Li đã giải thích, những thế giới nước này của người Hồi giáo không phải là quá nhiều hành tinh đá được bao phủ trong các đại dương sâu thẳm, mà là một loại hành tinh hoàn toàn mới mà không có tương đương trong Hệ Mặt Trời.
Đây là nước, nhưng không thường thấy ở đây trên Trái đất. Nhiệt độ bề mặt của chúng dự kiến sẽ nằm trong khoảng 200 đến 500 độ C, ông nói. Bề mặt của chúng có thể bị che khuất trong bầu không khí thống trị hơi nước, bên dưới có lớp nước lỏng. Di chuyển sâu hơn, người ta sẽ mong muốn tìm thấy nước này biến thành các áp lực cao trước khi chúng ta chạm tới lõi đá rắn. Cái hay của mô hình là nó giải thích cách bố cục liên quan đến các sự kiện đã biết về các hành tinh này.
Có lẽ điều đáng ngạc nhiên hơn nữa là mức độ phổ biến của các hành tinh này. Theo nghiên cứu của họ, Li và các đồng nghiệp đã chỉ ra rằng khoảng 35% tất cả các ngoại hành tinh được biết là lớn hơn Trái đất nên giàu nước. Hơn nữa, họ đưa ra giả thuyết rằng chúng có khả năng hình thành theo cách tương tự như lõi của những người khổng lồ khí được hình thành - một lõi đá được bao quanh bởi các lớp vật liệu dễ bay hơi được tạo ra bởi áp lực.
Đương nhiên, khám phá này có ý nghĩa quan trọng khi nói đến việc tìm kiếm sự sống ngoài Hệ Mặt trời của chúng ta. Cho đến bây giờ, ý tưởng rằng nước là điều cần thiết cho cuộc sống như chúng ta biết, nó đã là một kết luận bỏ qua cho các nhà khoa học. Nhưng nếu nghiên cứu này là chính xác, thì có vẻ như nước dồi dào hơn trên các ngoại hành tinh so với trước đây và có thể là một trở ngại cho cuộc sống như chúng ta biết.
Nếu thực sự thế giới nước bao gồm bầu khí quyển nóng, ẩm ướt và các lớp băng dày đặc gần lõi của chúng, thì sẽ khó có sự sống xuất hiện trên các thế giới này. Về cơ bản, nhiệt độ cực cao và thiếu khả năng tiếp cận đủ ánh sáng mặt trời, hoạt động thủy nhiệt và khối đất sẽ tạo nên một môi trường thù địch. Tuy nhiên, nghiên cứu này cung cấp một số khả năng hấp dẫn khi mô tả đặc điểm của các ngoại hành tinh và xem những gì ra ngoài đó.
Nhìn về tương lai, Li và các đồng nghiệp của mình hy vọng rằng sản phẩm mới được ra mắt Xuyên qua vệ tinh khảo sát Exoplanet (TESS) sẽ tìm thấy nhiều hơn những thế giới nước này. Điều này sau đó sẽ được theo dõi bởi các kính viễn vọng trên mặt đất - và sắp được ra mắt Kính viễn vọng không gian James Webb (JWST) - sẽ cung cấp các phép đo quang phổ sẽ giúp các nhà khoa học mô tả đặc điểm các thành phần và khí quyển của các hành tinh này.
Như giáo sư Sara Seager, giáo sư khoa học hành tinh tại Viện công nghệ Massachusetts (MIT), và phó giám đốc khoa học của phái bộ TESS, cho biết:
Càng tuyệt vời khi nghĩ rằng các ngoại hành tinh kích thước trung gian bí ẩn có thể là thế giới nước với lượng nước khổng lồ. Hy vọng rằng các quan sát bầu khí quyển trong tương lai của bầu khí quyển hơi nước dày có thể hỗ trợ hoặc bác bỏ những phát hiện mới.
Trong khi đó, vẫn còn rất nhiều thế giới đá ngoài kia để khám phá những dấu hiệu của sự sống!
