NASA phát hiện “hành tinh chanh”, khí quyển thách thức hiểu biết khoa học

Ngô Thụy Xương
•
Thứ Hai, 22/12/2025

Gần đây, các nhà khoa học đã sử dụng Kính viễn vọng Không gian James Webb (JWST) của Cơ quan Hàng không và Không gian Mỹ (NASA) để quan sát một ngoại hành tinh cực kỳ hiếm thấy. Hình dạng của nó không phải là hình cầu truyền thống, mà bị lực hấp dẫn cực mạnh kéo dãn thành dạng “quả chanh”, đồng thời thành phần khí quyển của nó cũng thách thức hoàn toàn khuôn khổ hiểu biết hiện đại của khoa học.

Ngoại hành tinh PSR J2322-2650b bị lực hấp dẫn của sao mẹ kéo giãn, khiến nó có hình dạng giống quả chanh. (Ảnh từ trang web của NASA)

Theo NASA, hành tinh có hình dạng giống quả chanh này có tên chính thức là “PSR J2322-2650b”. Mật độ tối thiểu của nó là 1,8 g/cm³ trên mỗi centimet khối, thuộc loại thiên thể có khối lượng tương đương Mộc tinh, sở hữu một lớp khí quyển kỳ lạ chủ yếu gồm heli và carbon, trong đó đầy những hạt bụi than chì, còn ở môi trường áp suất cực cao sâu trong lòng hành tinh thậm chí có thể tồn tại cấu trúc giống kim cương. Bài nghiên cứu liên quan đã được công bố ngày 15/12 trên tạp chí Astrophysical Journal Letters.

Ngoại hành tinh này nằm cách Trái Đất khoảng 2.000 đến 2.500 năm ánh sáng; trong số khoảng 6.000 ngoại hành tinh đã được xác nhận đến nay, đây là hành tinh khí khổng lồ duy nhất quay quanh một “sao xung (pulsar)”. Khối lượng, bán kính và nhiệt độ của nó đều tương tự một “Mộc tinh nóng” (hành tinh kiểu Mộc tinh nhưng có nhiệt độ cao). Tuy nhiên, nó được hình thành như thế nào vẫn là một ẩn số đối với giới thiên văn học.

Hiện tại, Liên minh Thiên văn Quốc tế định nghĩa ngoại hành tinh là những thiên thể có khối lượng nhỏ hơn 13 lần khối lượng Mộc tinh và quay quanh các sao, sao nâu hoặc tàn dư sao (ví dụ như sao xung).

Ngoài ra, “PSR J2322-2650b” là thiên thể đồng hành của một sao xung, khoảng cách đến sao xung chỉ khoảng 1,6 triệu km, thời gian quay hết một vòng (chu kỳ quỹ đạo) chỉ mất 7,8 giờ, so với khoảng cách Trái Đất – Mặt Trời (khoảng 160 triệu km) thì cực kỳ gần. “Sao xung” là lõi siêu đậm đặc (sao neutron) của một ngôi sao đã chết, kích thước chỉ cỡ một thành phố nhưng khối lượng tương đương Mặt Trời, đồng thời đều đặn phát ra các chùm tia gamma và dòng hạt năng lượng cao mạnh mẽ.

Do hệ sao này không có ánh sáng từ ngôi sao nào khác gây nhiễu, các nhà thiên văn có thể tiến hành quan sát cực kỳ chi tiết. Kết quả cho thấy sao xung liên tục dùng bức xạ năng lượng cao “dội bom” hành tinh “PSR J2322-2650b”, và lực hấp dẫn khổng lồ đã kéo dãn nó thành hình “quả chanh” độc đáo. Các tác động đó khiến nhiệt độ ban đêm của hành tinh khoảng 650°C, còn ban ngày lên tới khoảng 2.030°C.

Mặc dù môi trường của “PSR J2322-2650b” được xếp vào loại “hệ sao góa phụ đen” (Black Widow pulsar), bản thân nó lại là một trường hợp vô cùng đặc biệt. Đây là một hệ sao đôi hiếm gặp, trong đó sao xung quay rất nhanh giống như con nhện góa phụ đen ăn thịt bạn đời, liên tục “gặm nhấm” vật chất từ sao bạn và dùng gió sao cùng bức xạ cực mạnh để bắn phá sao bạn. Mặc dù nằm trong môi trường như vậy, hành tinh này vẫn giữ được khối lượng tương đương Mộc tinh.

Các nhà nghiên cứu còn phát hiện carbon trong khí quyển của hành tinh “PSR J2322-2650b” vô cùng đặc biệt. Kính viễn vọng Webb đã phát hiện các phân tử C₃ và C₂ tồn tại trong môi trường nhiệt độ cao. Các dạng phân tử carbon như vậy chỉ có thể chiếm ưu thế khi hầu như không có oxy và nitơ. Điều khiến giới thiên văn càng bối rối hơn là trong khoảng 150 hành tinh đã được nghiên cứu chi tiết về khí quyển cả trong lẫn ngoài hệ Mặt Trời, chưa có hành tinh nào sở hữu đặc trưng hóa học này.

Nhóm nghiên cứu cho biết trong tương lai sẽ tiếp tục quan sát động thái của “hành tinh quả chanh” này, và rất mong chờ có thể hiểu thêm về loại hành tinh kỳ dị như vậy.

“Điều này hoàn toàn ngoài dự đoán của tôi. Nhớ lại lúc chúng tôi nhận được dữ liệu, phản ứng chung của mọi người đều là ‘Cái quái gì thế này?’ vì nó khác hẳn với những gì chúng tôi tưởng tượng,” đồng tác giả Peter Gao, thuộc Phòng thí nghiệm Trái Đất và Hành tinh Carnegie ở Washington, nói với phòng tin tức của NASA.

Nghiên cứu sinh tiến sĩ Maya Beleznay của Đại học Stanford ở California tham gia mô hình hóa hình dạng hành tinh và cấu trúc hình học quỹ đạo của nó. Cô cho biết: “Hệ sao này cực kỳ độc đáo, vì chúng ta có thể quan sát hành tinh được sao chủ chiếu sáng, nhưng lại hoàn toàn không nhìn thấy bản thân sao chủ (trong vùng hồng ngoại). Do đó, chúng ta có thể thu được quang phổ cực kỳ ‘sạch’ để nghiên cứu chi tiết hệ ngoại hành tinh này.”

“Hành tinh này quay quanh một ngôi sao kỳ dị bậc nhất. Nó có một tầng khí quyển chưa từng nghe nói tới, không có những phân tử quen thuộc như nước, methane hay carbon dioxide, mà tràn ngập C₃ và C₂,” trưởng nhóm nghiên cứu Michael Zhang thuộc Đại học Chicago nói thêm.

Tiến sĩ Zhang bổ sung: “Quá trình hình thành của hành tinh này hoàn toàn khác với các hành tinh thông thường, và cũng không giống các hệ sao góa phụ đen điển hình. Hơn nữa, lõi vật lý của nó không thể tự sinh ra carbon tinh khiết, nên rất khó tưởng tượng carbon ở đây hình thành như thế nào; điều này vượt ra ngoài mọi cơ chế hình thành mà chúng ta từng biết.”

Trước vấn đề này, đồng tác giả Roger Romani – nhà nghiên cứu tại Đại học Stanford và Viện Nghiên cứu Kavli về Vật lý Hạt và Vũ trụ học – đã đưa ra một khả năng. Ông suy đoán rằng: “Khi sao bạn nguội dần, hỗn hợp carbon và oxy trong nội bộ bắt đầu kết tinh. Các tinh thể carbon tinh khiết (tương tự than chì hoặc kim cương) nổi lên bề mặt và trộn lẫn với heli, tạo nên quang cảnh mà chúng ta quan sát được. Tuy vậy, cơ chế nào ngăn cản oxy và nitơ khuếch tán vẫn là một ẩn số.”