Phát hiện siêu Trái đất kim cương có khả năng “tái sinh”

Nhờ kính viễn vọng James Webb, các nhà thiên văn học phát hiện hành tinh dung nham nóng rực cấu tạo từ kim cương phát triển khí quyển thứ hai sau khi sao chủ phá hủy khí quyển ban đầu.

55 Cancri e, tên của một trong 5 hành tinh xoay quanh ngôi sao 55 Cancri trong chòm sao Cự Giải, có đường kính gấp hai lần địa cầu, song khối lượng gấp tới 8 lần. Nó xoay một vòng quanh ngôi sao riêng trong vỏn vẹn 18 giờ, quá ngắn so với khoảng thời gian 365 ngày của Trái đất và rất nóng.

Ngôi sao 55 Cancri và 5 hành tinh của nó cách Trái đất chừng 40 năm ánh sáng và được phát hiện vào năm 2004. Con người có thể thấy 55 Cancri bằng mắt vào buổi tối.

Hình minh họa cấu tạo của hành tinh 55 Cancri e. Nó được bao phủ bởi lớpvỏ than chì. Kim cương tạo nên lớp tiếp theo (màu trắng). Các khoáng chất chứa sillicon (màu xám) tạo nên tầng bên dưới tầng kim cương. Lõi của hành tinh là khối sắt khổng lồ (màu cam). (Ảnh: Space).

Sau khi phân tích khối lượng, đường kính của các hành tinh và cấu tạo của ngôi sao, các nhà khoa học của Đại học Yale tại Mỹ kết luận thành phần chính của 55 Cancri e là carbon (kim cương hoặc than chì). Ngoài ra nó còn chứa sắt, silicon carbua và thậm chí silicate. Kim cương nguyên chất chiếm ít nhất 1/3 khối lượng của hành tinh, Space đưa tin.

“Đây là một hành tinh đá có cấu tạo hóa học hoàn toàn khác Trái đất. Rất có thể bề mặt của nó được bao phủ bởi than chì và kim cương, chứ không phải bởi nước và đá granite như địa cầu”, Nikku Madhusudhan, trưởng nhóm nghiên cứu phát biểu.

55 Cancri e thuộc nhóm siêu Trái đất, có nghĩa nó có khối lượng lớn hơn Trái đất nhưng nhẹ hơn sao Hải Vương và sao Thiên Vương.

Ngoại hành tinh này đặc đến mức các nhà thiên văn học đặt giả thuyết nó cấu tạo chủ yếu từ carbon bị nén thành kim cương. Ngoại hành tinh nằm cách sao chủ 55 Cancri A 2,3 km, bằng 0,01544 lần quãng đường giữa Trái đất và Mặt trời. Khoảng cách như vậy đồng nghĩa 55 Cancri e chỉ mất khoảng 17 giờ Trái đất để hoàn thành một vòng quanh sao chủ và có nhiệt độ bề mặt khoảng 2.400 độ C.

Bức xạ từ sao chủ khiến 55 Cancri e mất đi khí quyển ban đầu, tương tự những hành tinh đá khác quay quanh sao chủ ở khoảng cách quá gần. Tuy nhiên, nghiên cứu công bố hôm 8/5 trên tạp chí Nature hé lộ một lớp khí dày bao quanh hành tinh, chứng tỏ nó đã phát triển khí quyển thứ hai. Theo Renyu Hu, nhà nghiên cứu ở Viện Công nghệ California (Caltech), khí quyển này có thể được hỗ trợ bởi khí gas thoát ra từ lớp đất đá bên trong 55 Cancri e. Năm 2016, kính viễn vọng không gian Hubble xác định khí quyển của 55 Cancri e chứa hydro và heli.

Hành tinh 55 Cancri e quay rất gần quanh ngôi sao mẹ nóng bỏng - (Ảnh đồ họa: NASA/ESA/CSA/STScl)

Có hai trường hợp khả thi có thể lý giải khí quyển của 55 Cancri e. Đầu tiên, siêu Trái đất có thể là một thế giới dung nham với khí quyển silicate mỏng bay hơi. Khí quyển cấu tạo từ những hợp chất hóa học dễ bay hơi chứa carbon, nitrogen, hydro và lưu huỳnh, có thể mất đi do bức xạ từ sao chủ. Trường hợp còn lại là hành tinh có khí quyển phụ dày hình thành theo thời gian thông qua hoạt động núi lửa. Để tìm hiểu trường hợp nào đúng, Hu và cộng sự kiểm tra quan sát của kính viễn vọng không gian James Webb về hành tinh khi nó bay phía sau sao chủ 55 Cancri A. Dữ liệu loại trừ khả năng thứ nhất, dung nham nóng chảy đã giúp 55 Cancri e phát triển khí quyển thứ hai.

"55 Cancri e ở gần sao chủ đến mức nó nhận được nhiều nhiệt dưới dạng bức xạ, giữ cho nhiệt độ trên hành tinh luôn cao. Ở nhiệt độ này, mọi thứ trên hành tinh đều nóng chảy. Quá trình thoát khí từ đá nóng chảy hỗ trợ hình thành khí quyển thứ hai", Hu giải thích.

Theo Hu, khí quyển ban đầu của 55 Cancri e chủ yếu gồm hydro và heli. Tuy nhiên, nhóm nghiên cứu chưa chắc chắn về thành phần của khí quyển thứ hai. Trong khi quan sát của kính Webb không giúp đưa ra kết luận, những mô hình dùng để giải thích kết quả đo chỉ ra lượng lớn carbon dioxide và carbon monoxide.