JWST phát hiện 'hành tinh thây ma' quay quanh sao chết: Tương lai của Sao Mộc?

Một thế giới có kích thước bằng Sao Mộc, mang tên WD 1856 b, đang quay quanh một sao lùn trắng cách Trái Đất 80 năm ánh sáng — một ngôi sao đã chết từ lâu, cạn kiệt nhiên liệu hạt nhân. Sử dụng Kính viễn vọng Không gian James Webb (JWST), các nhà thiên văn học đã xác nhận rằng ngoại hành tinh này là thế giới lạnh nhất từng được phát hiện trực tiếp qua ánh sáng phát ra, với bầu khí quyển giàu methane và bao phủ trong màn sương mù dày đặc. Sự tồn tại của nó mang đến một cái nhìn hiếm hoi về tương lai có thể xảy ra của hệ Mặt Trời của chúng ta.

Ngoại hành tinh lạnh nhất từng được phát hiện trực tiếp

WD 1856 b không phải là loại hành tinh thường gây chú ý vì quá nóng. Với nhiệt độ 186 Kelvin (−87°C), đây là ngoại hành tinh lạnh nhất từng có ánh sáng được quan sát trực tiếp . Thiết bị Hồng ngoại tầm trung (MIRI) của Webb đã phát hiện ra ánh sáng nhiệt mờ nhạt của hành tinh, xác nhận nó là hành tinh quá cảnh đầu tiên được biết đến quay quanh một ngôi sao lùn trắng . Sự phát hiện này, với độ tin cậy thống kê 5,7 sigma, cũng giới hạn khối lượng của hành tinh không quá sáu lần khối lượng Sao Mộc .

Trước khám phá này, chưa có ngoại hành tinh nào lạnh hơn 275 Kelvin từng được chụp ảnh trực tiếp qua ánh sáng phát ra .

Bầu khí quyển giống Titan: Methane và sương mù

Khi các nhà thiên văn phân tích ánh sáng đi qua bầu khí quyển của WD 1856 b trong các lần quá cảnh, họ đã tìm thấy dấu hiệu rõ ràng của methane (CH₄) và các sol khí dày — lớp sương mù làm tán xạ ánh sáng có bước sóng ngắn hơn . Sự kết hợp này mang lại cho hành tinh màu nâu cam đặc trưng, tương tự như vệ tinh Titan của Sao Thổ.

Sự hiện diện của methane rất quan trọng. Đây là một phân tử bị phá hủy tương đối nhanh bởi bức xạ sao, vì vậy việc phát hiện ra nó cho thấy bầu khí quyển của hành tinh hoặc đang được bổ sung liên tục, hoặc các lớp sương mù bảo vệ nó . Các phổ truyền qua từ mặt đất của kính thiên văn GTC và Gemini trước đây từng phẳng và không có đặc điểm, rất có thể là do các lớp sương mù này đã che khuất mọi vạch phổ . Độ nhạy hồng ngoại của Webb đã xuyên thủng lớp sương mù đó.

Một chương trình quan sát chuyên dụng của JWST với thiết bị NIRSpec Prism (8 giờ, 4 lần quá cảnh) đã được phê duyệt để thu được phổ truyền qua chính xác đầu tiên của hành tinh hậu-dãy-chính này, nhắm mục tiêu vào methane, nước, carbon dioxide, carbon monoxide và ammonia với tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu cao .

Làm thế nào một hành tinh sống sót qua cái chết của ngôi sao?

Đây là phần đáng chú ý nhất của câu chuyện. WD 1856 b quay quanh sao lùn trắng của nó một lần mỗi 1,4 ngày — một quỹ đạo cực kỳ gần. Nhưng sao lùn trắng là lõi sụp đổ của những ngôi sao từng là sao khổng lồ đỏ. Làm thế nào một hành tinh có kích thước bằng Sao Mộc có thể tránh bị nuốt chửng khi ngôi sao của nó phình to thành một sao khổng lồ đỏ?

Câu trả lời là hành tinh ban đầu quay quanh ngôi sao ở một khoảng cách xa. Khi ngôi sao mở rộng thành sao khổng lồ đỏ, lớp vỏ bên ngoài của nó không chạm tới quỹ đạo rộng ban đầu của hành tinh. Sau khi ngôi sao giải phóng các lớp bên ngoài và sụp đổ thành sao lùn trắng, các tương tác hấp dẫn với các thiên thể khác hoặc lực thủy triều đã kéo hành tinh vào quỹ đạo chặt chẽ hiện tại của nó . Nói cách khác, hành tinh đã di chuyển vào trong sau khi mối nguy hiểm đã qua đi.

Tại sao bầu khí quyển của nó 'nóng bất ngờ'

Ở 186 K, hành tinh này không nóng theo nghĩa tuyệt đối. Điều đáng ngạc nhiên là nó vẫn giữ được một bầu khí quyển đáng kể sau quá trình tiến hóa dữ dội hậu-dãy-chính. Sao lùn trắng mờ nhạt hầu như không cung cấp nhiệt, vì vậy hơi ấm của hành tinh đến từ nhiệt dư bên trong từ quá trình hình thành và từ nhiệt thủy triều — đủ để giữ cho bầu khí quyển của nó không bị đóng băng hoàn toàn .

Ý nghĩa đối với số phận của Sao Mộc và Sao Thổ

Sự sống sót của WD 1856 b có hàm ý trực tiếp cho hệ Mặt Trời của chúng ta. Hàng tỷ năm nữa, khi Mặt Trời trở thành sao khổng lồ đỏ và sau đó là sao lùn trắng, Sao Mộc và Sao Thổ (quay quanh quỹ đạo ở khoảng cách 5–10 AU) có thể sống sót tương tự qua giai đoạn bị nuốt chửng, di chuyển vào trong và tồn tại như những 'hành tinh thây ma' quay quanh Mặt Trời đã chết .

Trái Đất và các hành tinh bên trong khác gần như chắc chắn sẽ bị nuốt chửng bởi Mặt Trời đang giãn nở. Chỉ có các hành tinh khí khổng lồ mới có cơ hội thực sự tồn tại như những thế giới tàn dư — một hiểu biết sâu sắc nhưng đầy tính khoa học được hé lộ nhờ một thế giới băng giá cách chúng ta 80 năm ánh sáng.