Ảnh minh họa thể hiện hành tinh kiểu Mộc tinh đang đi qua ngôi sao của nó. Các quan sát chính xác rất cao của chất khí carbon monoxide cho thấy nó đang chảy với tốc độ hết sức lớn từ phía ban ngày cực nóng sang phía ban đêm lạnh hơn của hành tinh trên. Ảnh: ESO (L.Calcada)
Các nhà nghiên cứu ở Hà Lan và ở Mĩ là những người đầu tiên đo trực tiếp được khối lượng của một hành tinh đang quay xung quanh một ngôi sao khác ngoài Mặt trời của chúng ta. Trong lúc phát triển kĩ thuật mới của họ, họ còn phát hiện thấy hành tinh này, có kích cỡ xấp xỉ như Mộc tinh nhưng ở gần ngôi sao của nó hơn, đang hứng chịu một cơn bão tàn khốc.
Những nỗ lực trước đây nhằm đo khối lượng của những hành tinh ngoại như vậy đều dựa trên các ước đoán, trong đó các nhà thiên văn vật lí nhìn vào “sự lắc lư” đôi chút của một ngôi sao do lực hút hấp dẫn của hành tinh gây ra. Cỡ chuyển động này có thể dùng để ước tính khối lượng của hành tinh tính theo khối lượng sao – bản thân khối lượng sao là một ước tính dựa trên các đặc trưng quang phổ của nó và khoảng cách đến Trái đất.
Ignas Snellen ở trường Đại học Leiden đứng đầu một đội đang phát triển một phương pháp chính xác hơn bằng cách tập trung vào khí quyển của một hành tinh ngoại. Họ chứng minh kĩ thuật trên đối với HD 209458b, một “Mộc tinh nóng” đã biết rõ cách Trái đất chừng 150 năm ánh sáng. Do hành tinh này quét qua giữa Trái đất và ngôi sao chủ của nó, nên mỗi ba ngày rưỡi, nó làm thay đổi quang phổ hóa học của ngôi sao mẹ khi ghi từ trên trái đất. bằng cách so sánh quang phổ của ngôi sao trước và trong một sự đi qua, các nhà nghiên cứu có thể tính ra thành phần hóa học của bầu khí quyển của hành tinh.
Dịch chuyển Doppler
Sử dụng Kính thiên văn Rất Lớn (VLT) ở Chile, được trang bị quang phổ kế CRIRES, đội của Snellen đã có thể mài giũa dấu hiệu carbon-monoxide (CO) của hành tinh trên, cái người ta dự đoán đã tạo ra nhiều vạch phổ trên những bước sóng này. Họ có thể phát hiện ra một sự dịch chuyển Doppler nhỏ trong chất khí CO. Từ đây, họ có thể tinh được hành tinh đang quay xung quanh ngôi sao của nó ở vận tốc 140 km/s.
Tương đối thuận lợi, đội của Snellen khi đó đã có thể tính ra khối lượng của ngôi sao lẫn hành tinh bằng định luật hấp dẫn Newton, đồng thời còn biết vận tốc của ngôi sao chủ do quỹ đạo của nó xung quanh khối tâm của hệ. “Đây chính là phương pháp đã sử dụng đẻe tính ra khối lượng của các hệ sao đôi, ngoại trừ chỗ một trong những vật thể ở đây là một hành tinh ngoại”, Snellen nói.
Việc thu được các giá trị chính xác hơn cho khối lượng hành tinh ngoại có thể cho phép các nhà nghiên cứu thu nhặt thêm thông tin về bản chất của các hành tinh ngoại. “Khối lượng là một trong những thông số quan trọng nhất của hành tinh. Bằng cách đo khối lượng, cùng với những tính chất khác như chu kì quỹ đạo cùng bán kính và độ lệch tâm, chúng ta biết được các hành tinh cấu tạo gồm những gì, và chúng đã hình thành và phát triển như thế nào”, phát biểu của Susan Aigrain, một nhà nghiên cứu hành tinh ngoại tại Đại học Oxford ở Anh quốc.
Một cơn bão đang hoành hành
Kết quả thứ hai của nghiên cứu này là việc khám phá ra một cơn gió mạnh ở những cao độ lớn trong khí quyển của hành tinh trên. Các nhà nghiên cứu nhìn thấy trong sự đi qua của hành tinh ở phía trước của ngôi sao, toàn thế dấu hiệu CO bị lệch-xanh so với vận tốc của ngôi sao, cho thấy bầu khí quyển đang chuyển động về phía chúng ta. Quan sát này phù hợp với dự đoán cho rằng các chất khí nóng từ phía ban ngày của hành tinh đang chảy về phía ban đêm nguội hơn của nó.
“Khí quyển hành tinh ngoại là một trong những đề tài phong phú nhất để khảo sát trong nhiều năm sắp tới. Một số thí dụ của cái chúng ta muốn biết là sự tạo mây và thời tiết trong các khí quyển hành tinh ngoại”, phát biểu của Markus Janson, một nhà nghiên cứu hành tinh ngoại khác tại Đại học Toronto.
Các nhà nghiên cứu dự tính phát triển nghiên cứu của họ bằng cách xây dựng một hồ sơ chi tiết hơn của bầu khí quyển của hành tinh ngoại này. Họ vừa được đảm bảo có thêm 155 giờ quan sát trên VLT để mở rộng nghiên cứu trong hai năm tới.
Snellen hi vọng rằng trong thời gian dài hơn, kĩ thuật của nhóm ông có thể sử dụng để nghiên cứu các hành tinh giống Trái đất hơn nữa, chúng nhỏ hơn đáng kể và do đó khó quan sát hơn. “Từ việc nhìn vào hành tinh của chúng ta, chúng ta có thể thấy sự sống có một sự tác động rất lớn lên thành phần của bầu khí quyển, đặc biệt với sự có mặt của oxygen và ozone”, ông nói.
Nghiên cứu này công bố trong số ra tuần này của tạp chí Nature.
- Duy Khắc (theo PhysOrg.com)
