Các nhà khoa học quốc tế đã xác nhận sự tồn tại của một hành tinh có khả năng sinh sống được tên là GJ 887d, nằm cách chúng ta chỉ 10 năm ánh sáng trong vùng có thể sinh sống được của một ngôi sao lùn đỏ. Thế giới có khối lượng gấp ít nhất sáu lần Trái đất, quay quanh ngôi sao GJ 887 cứ sau 50,8 ngày và nhận được khoảng 80% năng lượng mà Trái đất hấp thụ từ Mặt trời. Dữ liệu được thu thập bởi các kính thiên văn châu Âu đặt ở Chile tiết lộ rằng đây là một trong những hành tinh gần nhất mà nước ở dạng lỏng có thể tồn tại trong những điều kiện thích hợp.
Nghiên cứu, dẫn đầu bởi nhà thiên văn học C. Hartogh từ Viện Vật lý thiên văn và Địa vật lý tại Đại học Göttingen, với sự tham gia của Đại học St Andrews và Viện Vật lý thiên văn Quốc gia Ý, đánh dấu một bước tiến đáng kể trong việc tìm kiếm những thế giới có khả năng sinh sống được. Bất chấp sự gần gũi của vũ trụ, GJ 887d vẫn không thể tiếp cận được đối với các chuyến du hành có người lái. Tàu thăm dò mặt trời Parker, một trong những vật thể nhanh nhất do loài người tạo ra, sẽ mất từ 16.000 đến 17.000 năm để đến được hành tinh đang di chuyển với tốc độ khoảng 692.000 km một giờ.
Một hệ sao đầy bí ẩn
GJ 887, còn được gọi là Gliese 887 và Lacaille 9352, là một sao lùn đỏ lạnh chỉ phát ra một vài phần trăm độ sáng của Mặt trời. Đặc điểm đặc biệt này làm dịch chuyển đáng kể vùng có thể ở được gần ngôi sao hơn, cho phép các hành tinh ở quỹ đạo tương đối gần duy trì nhiệt độ ôn hòa. Độ sáng của sao thấp mang lại lợi thế quan trọng cho các quan sát trong tương lai, vì nó tạo ra ít tiếng ồn và nhiễu hơn so với các hệ thống có các ngôi sao lớn và sáng hơn.
Ngoài GJ 887d, nghiên cứu còn xác nhận sự tồn tại của ba hành tinh khác thậm chí còn có nhiều quỹ đạo bên trong quanh ngôi sao hơn. Tín hiệu thứ năm, yếu hơn cho thấy có thể có sự hiện diện của một hành tinh nhỏ khác, mặc dù các nhà nghiên cứu nhấn mạnh rằng ứng cử viên mới nhất này cần có những quan sát bổ sung để xác nhận chính xác. Sự phức tạp của hệ thống đa hành tinh cho thấy GJ 887 có một môi trường năng động và có cấu trúc.
Khoảng cách quỹ đạo của GJ 887d đặt hành tinh này cách ngôi sao chủ của nó khoảng 32 triệu km. Đặt nó vào bối cảnh, điều này thể hiện khoảng cách gần hơn đáng kể so với Sao Thủy với Mặt trời của chúng ta. Mặc dù ở gần sao lùn đỏ, hành tinh này chỉ nhận được 80% năng lượng mặt trời mà Trái đất hấp thụ, đặt nó trong các thông số của vùng có thể ở được, nơi về mặt lý thuyết, nước lỏng có thể được bảo tồn trên bề mặt.
https://twitter.com/INAF_astro/status/2040075226457752030?ref_src=twsrc%5Etfw
Phương pháp khoa học tiết lộ hành tinh
Các nhà thiên văn học đã sử dụng phương pháp vận tốc hướng tâm để phát hiện GJ 887d, một kỹ thuật đo chuyển động tới lui cực nhỏ của một ngôi sao do lực hấp dẫn của các hành tinh quay quanh nó gây ra. Cách tiếp cận này không quan sát trực tiếp hành tinh mà xác định các dao động của sao cho thấy sự hiện diện của nó. Dữ liệu được thu thập bằng hai máy quang phổ có độ chính xác cao được vận hành tại Đài thiên văn Nam châu Âu ở Chile: HARPS và ESPRESSO, những thiết bị được công nhận trên toàn thế giới về khả năng phát hiện các ngoại hành tinh.
Một thách thức cơ bản mà nhóm nghiên cứu phải đối mặt là phân biệt tín hiệu thực tế từ các hành tinh với tiếng ồn do chính các vết đen của GJ 887 tạo ra. Để giải quyết vấn đề này, các nhà khoa học đã triển khai một mô hình thống kê tiên tiến gọi là quy trình Gaussian, hoạt động như một bộ lọc toán học phức tạp có khả năng loại bỏ nhiễu sao khỏi dữ liệu thô được thu thập. Quá trình này giúp xác nhận rằng tín hiệu 50,8 ngày thực sự tương ứng với một hành tinh quay quanh chứ không phải với các biến thể tự nhiên của ngôi sao.
Nhóm nghiên cứu cũng đã đo vòng quay của GJ 887 trong khoảng 39 ngày và sử dụng chu kỳ này làm tài liệu tham khảo để tách nhiễu sao khỏi tín hiệu hành tinh thực sự. Cách tiếp cận này chứng minh cách các đài quan sát hiện đại trên mặt đất, được trang bị thiết bị đo chính xác nanomet, có thể phát hiện các thế giới xa xôi mà không cần phải du hành trực tiếp vào không gian. Việc phân tích lại các quan sát trước đây kết hợp với dữ liệu mới đã củng cố các kết luận được đề xuất trước đó và mở rộng kiến thức về hệ thống.
Vùng có thể ở được và những điều không chắc chắn của nó
NASA định nghĩa vùng có thể ở được là khoảng cách từ một ngôi sao mà tại đó nước ở dạng lỏng có thể tồn tại trên bề mặt các hành tinh quay quanh nó. Định nghĩa này hoạt động như một bộ lọc hữu ích trong việc tìm kiếm các thế giới có khả năng sống, nhưng nó không tự động đảm bảo sự hiện diện của đại dương, bầu không khí bền vững hoặc thậm chí những điều kiện thuận lợi cho sự sống. Đó là tham số ban đầu mở ra những khả năng chứ không phải sự chắc chắn tuyệt đối.
Trong trường hợp cụ thể của GJ 887d, ước tính nhiệt độ của nghiên cứu, chỉ xem xét bức xạ sao mà không chịu tác động của khí quyển, chỉ ra các giá trị dưới 0 độ C theo tiêu chuẩn trên mặt đất. Tuy nhiên, một bầu không khí đủ dày đặc và được cấu tạo hợp lý có thể nâng nhiệt độ này lên mức tương thích hơn với nước ở dạng lỏng. Nguy cơ ngược lại cũng tồn tại: hiệu ứng nhà kính không được kiểm soát sẽ biến hành tinh này thành địa ngục đá tương tự như sao Kim, nơi nhiệt độ dao động quanh mức 465 độ C.
Với khối lượng xấp xỉ sáu lần Trái đất, GJ 887d có thể được cấu tạo từ đá rắn tương tự hành tinh của chúng ta hoặc có bầu khí quyển cực kỳ đậm đặc, giàu khí. Sự không chắc chắn về thành phần này vẫn là một trong những câu hỏi mở chính. Việc xác định bản chất địa chất và khí quyển của thế giới đòi hỏi những kỹ thuật quan sát phức tạp hơn vẫn đang được phát triển.
Tại sao một chú lùn đỏ yên tĩnh lại mang lại hy vọng
Các sao lùn đỏ thường tạo ra những ngọn lửa mặt trời cực mạnh có khả năng làm xói mòn dần bầu khí quyển của các hành tinh gần đó, khiến chúng trở thành môi trường thù địch để giữ khí và nước. Hiện tượng này là một trong những mối quan tâm chính khi nghiên cứu thế giới quay quanh những ngôi sao này. Tuy nhiên, GJ 887 thể hiện hành vi khác biệt đáng chú ý. Một báo cáo đăng trên tạp chí Khoa học năm 2020 nhấn mạnh hoạt động đặc biệt thấp của GJ 887 là yếu tố tích cực cho việc bảo tồn khí quyển của các hành tinh của nó.
Sự ổn định tương đối của ngôi sao tạo ra những điều kiện thuận lợi hơn so với các hệ thống tương tự khác. Ví dụ, Proxima Centauri b tiếp tục là chủ đề tranh luận khoa học do sự phun trào dữ dội của ngôi sao chủ của nó, có thể ảnh hưởng đến khả năng sinh sống của bất kỳ thế giới lân cận nào. GJ 887 đưa ra một kịch bản khác biệt trong đó sự tĩnh lặng của sao hiện tại không chỉ tạo điều kiện thuận lợi cho việc quan sát từ xa mà còn gợi ý về một lịch sử ít hỗn loạn hơn có thể bảo tồn bầu khí quyển trong hàng tỷ năm. Mặc dù một ngôi sao tĩnh lặng ngày nay không chứng tỏ rằng nó đã tĩnh lặng trong quá khứ xa xôi, nhưng đặc điểm này làm tăng khả năng có khả năng sinh sống tương đối.
Quan sát từ xa như một công cụ thăm dò
Dù chỉ cách chúng ta 11 năm ánh sáng, GJ 887d vẫn hoàn toàn không thể tiếp cận được đối với các sứ mệnh trực tiếp với công nghệ vũ trụ hiện tại. Thay vì du hành, các nhà khoa học sử dụng viễn thám, bao gồm việc trích xuất thông tin thông qua phân tích ánh sáng và bức xạ phát ra từ hành tinh. Những quan sát này có thể tiết lộ sự thay đổi nhiệt độ trong toàn bộ quỹ đạo, tính chất khí quyển, sự hiện diện của các đám mây và các loại khí nhà kính có thể có.
- Phương pháp phát hiện từ xa được sử dụng:
- Quang phổ để phân tích thành phần khí quyển
- Quang kế để đo sự thay đổi nhiệt độ quỹ đạo
- Hình ảnh trực tiếp sử dụng giao thoa kế tiên tiến
- Phân tích nhiệt để ước tính tính chất bề mặt
- Tìm kiếm dấu ấn sinh học quang phổ trong các quan sát trong tương lai
Khoảng cách tương đối gần của GJ 887d mang lại lợi thế quan sát quan trọng. Một ngôi sao sáng gần đó cung cấp cho các đài quan sát không gian trong tương lai nhiều photon hơn để làm việc, cải thiện đáng kể nỗ lực chụp ảnh trực tiếp hoặc thực hiện các phép đo nhiệt chính xác. Nếu các nhà khoa học có thể hạn chế sự thay đổi nhiệt độ và độ phản xạ bề mặt, họ có thể xác định liệu hành tinh này là một thế giới đá với khí hậu ôn hòa hay một sao Hải Vương nhỏ dày đặc với bầu khí quyển không thể xuyên thủng.
Các bước tiếp theo trong thiên văn học
Câu hỏi lớn tiếp theo trong cuộc điều tra GJ 887d rất rõ ràng và cơ bản: liệu hành tinh này có bầu khí quyển đáng kể hay không và nếu có thì liệu nó có khả năng hỗ trợ nước lỏng trên bề mặt hay không? Do GJ 887d không di chuyển phía trước ngôi sao của nó khi quan sát từ Trái đất nên nhiều thử nghiệm khí quyển thông thường trở thành thách thức về mặt kỹ thuật. Điều này không có nghĩa là không thể, chỉ là các phương pháp thay thế phải được phát triển và cải tiến.
Trước mắt, các đài quan sát không gian thế hệ tiếp theo sẽ có khả năng phân tích chưa từng có. Kính viễn vọng Không gian James Webb đã hoạt động và các kính thiên văn kế nhiệm theo kế hoạch của nó sẽ cung cấp độ phân giải và độ nhạy ngày càng tăng để mô tả đặc điểm bầu khí quyển của các ngoại hành tinh xa xôi. Việc phát hiện ra GJ 887d đưa thế giới này vào danh sách rút gọn những ứng cử viên tốt nhất để quan sát chuyên sâu khi có công nghệ mới.
Tầm quan trọng của GJ 887d không nằm ở việc khẳng định dứt khoát sự tồn tại của một thế giới sống, mà nằm ở việc tạo ra một danh sách chọn lọc các điểm đến hứa hẹn nhất cho các nghiên cứu khoa học trong tương lai. Sự kết hợp giữa khoảng cách vũ trụ gần, vị trí vùng có thể ở được và một ngôi sao lùn đỏ yên tĩnh bất thường khiến GJ 887d trở thành mục tiêu đặc biệt. Sự kết hợp này rất hiếm trong vũ trụ đã biết, mang lại cho hành tinh này một tầm quan trọng chiến lược đặc biệt trong các kế hoạch quan sát trong những thập kỷ tới.