JWST phát hiện methane trong khí quyển của ngoại hành tinh ôn hòa TOI‑199b

Nó được phát hiện bằng phương pháp quá cảnh (transit) — tức là khi hành tinh định kỳ đi ngang qua phía trước ngôi sao chủ, làm độ sáng của sao giảm nhẹ trong một khoảng thời gian ngắn.

Điểm khiến TOI‑199b thu hút sự chú ý của giới khoa học là nhiệt độ của nó. Nhiệt độ cân bằng của hành tinh vào khoảng 350 K (khoảng 170–180°F), khiến nó được xếp vào loại khí khổng lồ ôn hòa.

Trong nghiên cứu ngoại hành tinh, phần lớn các quan sát khí quyển trước đây tập trung vào:

• Hot Jupiters: các hành tinh khí khổng lồ quay rất gần sao chủ và cực kỳ nóng.
• Các khí khổng lồ lạnh: như Sao Mộc hoặc Sao Thổ trong Hệ Mặt Trời, nằm rất xa ngôi sao của chúng.

TOI‑199b nằm giữa hai thái cực này. Chính vùng nhiệt độ trung gian này từ lâu khó quan sát, vì các hành tinh như vậy ít khi đi ngang qua sao và khó thu thập dữ liệu hơn.

JWST phát hiện methane như thế nào?

Nhóm nghiên cứu sử dụng kỹ thuật gọi là quang phổ truyền qua (transmission spectroscopy).

Khi một hành tinh đi ngang qua sao chủ, một phần rất nhỏ ánh sáng từ ngôi sao sẽ xuyên qua lớp khí quyển của hành tinh trước khi tới kính viễn vọng. Các phân tử trong khí quyển hấp thụ một số bước sóng ánh sáng nhất định, để lại những “dấu vân tay” đặc trưng trong phổ ánh sáng thu được.

Đối với TOI‑199b, các nhà khoa học sử dụng thiết bị NIRSpec của JWST ở chế độ G395M để quan sát một lần quá cảnh duy nhất của hành tinh. Từ phổ truyền qua thu được, họ xác định những bước sóng bị hấp thụ và suy ra thành phần khí quyển.

Phân tích thống kê của dữ liệu phổ cho thấy bằng chứng mạnh mẽ về methane (CH₄) trong khí quyển hành tinh, với mức độ tin cậy cao từ các mô hình truy hồi khí quyển.

Những khí khác được tìm kiếm

Ngoài methane, nhóm nghiên cứu cũng kiểm tra dữ liệu để tìm dấu hiệu của các phân tử thường thấy trong khí quyển giàu hydro của các hành tinh khí khổng lồ, bao gồm:

• Hơi nước (H₂O)
• Amoniac (NH₃)
• Hydro xyanua (HCN)
• Carbon dioxide (CO₂)
• Carbon monoxide (CO)

Trong bộ dữ liệu hiện có, methane là phân tử được xác nhận rõ ràng nhất, còn các phân tử khác được kiểm tra nhưng chưa có tín hiệu đủ mạnh để khẳng định. Đáng chú ý, việc không thấy dấu hiệu mạnh của CO hoặc CO₂ giúp các nhà khoa học thu hẹp các giả thuyết về thành phần và độ kim loại của khí quyển hành tinh.

Vì sao phát hiện này quan trọng?

Các khí khổng lồ ôn hòa là một trong những nhóm hành tinh còn thiếu dữ liệu trong nghiên cứu khí quyển ngoại hành tinh. Do chúng quay xa hơn khỏi sao và có chu kỳ quỹ đạo dài, các lần quá cảnh xảy ra ít hơn, khiến việc quan sát khó khăn hơn so với hot Jupiters.

Nghiên cứu TOI‑199b giúp các nhà thiên văn:

• Kiểm tra mô hình hóa học khí quyển ở dải nhiệt độ thấp hơn
• Hiểu rõ hơn cách methane hình thành và tồn tại trong khí quyển giàu hydro
• Có một điểm chuẩn để so sánh giữa các hành tinh khí khổng lồ nóng và lạnh

Kết quả cũng chứng minh JWST có thể phân tích khí quyển của các hành tinh khí khổng lồ nhiệt độ trung bình, chứ không chỉ các mục tiêu nóng và dễ quan sát nhất.

Một cửa sổ mới vào các thế giới xa xôi

TOI‑199b nằm cách Trái Đất hơn 330 năm ánh sáng, nhưng độ nhạy cao của JWST cho phép các nhà khoa học phát hiện phân tử trong khí quyển của nó từ khoảng cách khổng lồ đó.

Khi ngày càng nhiều hành tinh khí khổng lồ ôn hòa được quan sát, các nhà thiên văn có thể so sánh dấu vết hóa học của chúng để hiểu rõ hơn cách các hành tinh hình thành và tiến hóa. TOI‑199b vì thế trở thành một cột mốc ban đầu, cho thấy việc nghiên cứu chi tiết khí quyển của những thế giới mát hơn và có chu kỳ quỹ đạo dài hoàn toàn khả thi.