Bầu khí quyển của ngoại hành tinh K2-18b có dấu hiệu của khí sinh học được James Webb chụp lại

Kính viễn vọng Không gian James Webb đã ghi lại sự hiện diện của khí mê-tan, carbon dioxide và các dấu vết có thể có của dimethyl sulfide trong bầu khí quyển của ngoại hành tinh K2-18b. Thiên thể này nằm cách Hệ Mặt trời 124 năm ánh sáng, trong chòm sao Sư Tử. Việc xác định xảy ra bằng cách sử dụng kỹ thuật quang phổ quá cảnh. Phương pháp này phân tích ánh sáng từ ngôi sao chủ khi nó đi qua lớp khí của hành tinh trong quá trình chuyển động theo quỹ đạo. Dữ liệu được thu thập cung cấp bản đồ chưa từng có về thành phần hóa học của ngôi sao.

Trên Trái đất, việc sản xuất dimethyl sulfide chủ yếu là do hoạt động của các vi sinh vật biển, chẳng hạn như thực vật phù du. Việc phát hiện chung các nguyên tố hóa học này cho thấy sự mất cân bằng trong khí quyển thu hút sự chú ý của các nhà thiên văn học và nhà nghiên cứu từ một số cơ quan vũ trụ. Hành tinh này quay quanh một ngôi sao lùn đỏ trong vùng có thể ở được của hệ thống. Các điều kiện nhiệt của vùng quỹ đạo cụ thể này cho phép duy trì nước ở dạng lỏng trên bề mặt.

Astrônomos dizem ter encontrado o indício mais forte de vida fora do nosso sistema solar, em um planeta a 124 anos-luz da Terra chamado 'K2-18b'.

Embora ainda não tenham declarado a descoberta de vida, eles detectaram “bioassinaturas potenciais” que são normalmente produzidas… pic.twitter.com/3cvmhATRy4

— Astronomiaum (@astronomiaum) April 17, 2025

Cấu trúc vật lý và phân loại của thiên thể

Ngoại hành tinh K2-18b có khối lượng gấp khoảng 9 lần Trái đất. Đặc điểm vật lý này phân loại thiên thể vào loại trung gian giữa siêu Trái đất và sao Hải Vương nhỏ. Thành phần khí quyển của hành tinh này có nồng độ cao các hợp chất gốc hydro và carbon. Môi trường khác biệt đáng kể so với các mô hình được tìm thấy trên các hành tinh đá hoặc các hành tinh khí khổng lồ trong Hệ Mặt trời. Mật độ tính toán chỉ ra một phần bên trong phức tạp và phân tầng.

Các mô hình thiên văn chỉ ra rằng K2-18b có thể thuộc lớp hành tinh Hycean. Những thế giới giả thuyết này chứa đựng những đại dương toàn cầu rộng lớn bên dưới bầu khí quyển dày đặc, giàu hydro. Sự tương tác trực tiếp giữa mặt nước và lớp khí tạo ra một bề mặt tiếp xúc thuận lợi cho sự phát triển của các quá trình hóa học phức tạp. Áp suất và nhiệt độ trong những môi trường này quyết định độ ổn định của các phân tử được phát hiện bởi các thiết bị không gian. Độ sâu của những đại dương này có thể lên tới hàng trăm km.

Ngôi sao chủ của hệ thống phát ra ít nhiệt và bức xạ hơn Mặt trời. Khoảng cách gần của hành tinh này với sao lùn đỏ bù đắp chính xác cho sự chênh lệch nhiệt độ này. Quỹ đạo giữ thiên thể trong phạm vi mà nước không đóng băng hoặc bay hơi hoàn toàn. Cân bằng nhiệt động lực học ủng hộ giả thuyết về sự tồn tại của các đại dương lâu năm. Chu trình thủy văn trong một thế giới có tỷ lệ như vậy sẽ vận hành theo những quy luật vật lý khác với những quy luật được biết đến trên Trái đất.

Quang phổ quá cảnh hoạt động như thế nào

Dụng cụ của James Webb ghi lại những biến đổi của ánh sáng sao trong quá trình di chuyển của hành tinh. Việc lọc độ sáng bằng bầu khí quyển của ngoại hành tinh để lại các dấu hiệu hóa học cụ thể ở bước sóng hồng ngoại. Các phân tử metan và carbon dioxide hấp thụ chính xác những phần ánh sáng này. Phân tích quang phổ thu được cho thấy thành phần chi tiết của lớp khí. Quá trình này đòi hỏi phải hiệu chuẩn kỹ lưỡng các gương và cảm biến của kính thiên văn.

Độ nhạy của cảm biến hồng ngoại của thiết bị vượt quá khả năng của các kính thiên văn thế hệ trước như Hubble và Spitzer. Công nghệ này cho phép xác định các hợp chất ở nồng độ tối thiểu ở khoảng cách giữa các vì sao. Các nhà thiên văn tham khảo chéo dữ liệu thu được ở các dải phổ khác nhau để xác nhận các phép đo một cách độc lập. Sự dư thừa của các quan sát làm giảm sai số trong việc diễn giải đồ thị hấp thụ.

Leia Tambem

Lễ hội Summer Sonic 2026 xác nhận màn trình diễn của Jennie, Jon Spencer và Ave Mujica tại Nhật Bản

RPG miễn phí TBH Task Bar Hero đạt đỉnh 143 nghìn người chơi trên Steam và dẫn đầu bảng xếp hạng

Lamine Yamal mặc áo số 19 ở World Cup 2026, lặp lại số áo của Xavi Hernández

• Kỹ thuật này phụ thuộc vào sự liên kết chính xác giữa ngôi sao, hành tinh và kính viễn vọng không gian.
• Các cảm biến đo độ hấp thụ ánh sáng ở phạm vi hồng ngoại gần và trung bình cùng một lúc.
• Mỗi nguyên tố hóa học tạo ra một kiểu chặn ánh sáng duy nhất trong quang phổ điện từ.
• Những biến đổi trong đường cong ánh sáng cho biết mật độ, nhiệt độ và độ cao của các đám mây.

Việc kết hợp dữ liệu lý thuyết với các quan sát thực tế sẽ hiệu chỉnh các mô hình mô phỏng khí quyển trong phòng thí nghiệm. Các nhóm khoa học sử dụng phần mềm tiên tiến để tách tín hiệu yếu ớt của hành tinh khỏi tiếng ồn mạnh do ngôi sao tạo ra. Việc xử lý thông tin đòi hỏi nhiều tháng làm việc tính toán chuyên sâu trên siêu máy tính. Độ chính xác của kết quả xác định việc lập kế hoạch cho các mục tiêu quan sát tiếp theo của cơ quan vũ trụ.

Nguồn gốc sinh học hoặc quá trình phi sinh học

Sự hiện diện đồng thời của metan và carbon dioxide trong môi trường giàu hydro cho thấy tình trạng mất cân bằng hóa học vĩnh viễn. Nếu không có các quá trình thay thế liên tục, các khí này sẽ phản ứng để tạo thành các hợp chất ổn định hơn trong hàng triệu năm. Trong sinh quyển trên cạn, hoạt động sinh học và chu trình địa chất duy trì nồng độ của các nguyên tố này. Việc phát hiện trên ngoại hành tinh đặt ra câu hỏi trực tiếp về cơ chế sản xuất địa phương.

Dimethyl sulfide đại diện cho chất chỉ thị hấp dẫn nhất trong số các hợp chất được nhóm nghiên cứu sàng lọc. Phân tử này không có nguồn phi sinh học quy mô lớn nào được biết đến trên hành tinh của chúng ta. Các nhà nghiên cứu đang nghiên cứu xem liệu các phản ứng quang hóa do bức xạ sao lùn đỏ gây ra có thể tổng hợp khí ở tầng trên bầu khí quyển hay không. Núi lửa cực mạnh dưới biển cũng nằm trong số những giả thuyết thay thế để tạo ra hợp chất mà không cần đến sự sống.

Việc loại trừ nguồn gốc phi sinh học đòi hỏi phải xây dựng các mô hình địa hóa cụ thể cho thế giới Hycean. Áp lực ở đáy đại dương toàn cầu làm thay đổi hoạt động của các khoáng chất và khí hòa tan trong nước. Nhiệt động lực học của những độ sâu này có thể tạo điều kiện thuận lợi cho các phản ứng không thể xảy ra trong lớp vỏ Trái đất. Việc xác nhận dấu hiệu sinh học phụ thuộc vào việc loại bỏ tất cả các giải thích phi sinh học hợp lý thông qua thử nghiệm nghiêm ngặt.

Xác thực dữ liệu và quan sát trong tương lai

Cộng đồng thiên văn xử lý những phát hiện ban đầu về hợp chất lưu huỳnh bằng sự chặt chẽ về mặt phương pháp và sự thận trọng trong phân tích. Các tín hiệu từ dimethyl sulfide xuất hiện mờ nhạt trong quang phổ hiện tại do kính thiên văn cung cấp. Tiếng ồn của thiết bị vốn có của các cảm biến có độ nhạy cao có thể bắt chước dấu hiệu của các phân tử phức tạp ở một số tần số nhất định. Việc xác thực yêu cầu các chiến dịch quan sát mới với thời gian tiếp xúc lâu hơn đáng kể.

Các nhóm nghiên cứu độc lập khác nhau phân tích cùng một bộ dữ liệu thô do James Webb cung cấp. Việc lặp lại các phân tích của các nhóm khác nhau đảm bảo tính toàn vẹn của các kết luận được công bố trên các tạp chí khoa học. Các nhà khoa học đang chuẩn bị đề xuất sử dụng các thiết bị khác trên đài thiên văn trong nghiên cứu đang diễn ra về K2-18b. Sự kết hợp của các máy quang phổ khác nhau sẽ lấp đầy những khoảng trống trong dải sóng đã được kiểm tra trong các nhiệm vụ đầu tiên.

Ngoại hành tinh này củng cố vị trí của nó như một phòng thí nghiệm tự nhiên ưu tiên cho lĩnh vực sinh học vũ trụ. Các phép đo liên tục cải thiện sự hiểu biết về động lực khí quyển trong vùng có thể ở được của sao lùn đỏ. Sự phát triển của các kỹ thuật lọc dữ liệu mới giúp cải thiện khả năng phân biệt tín hiệu hành tinh đích thực. Tiến bộ về công cụ mở đường cho việc mô tả đặc tính hóa học của các thế giới ngày càng nhỏ hơn và xa hơn trong Hệ Mặt trời.