Một ngoại hành tinh dạng đá mới được phát hiện sở hữu khối lượng tương đương 23 lần Trái Đất nhưng kích thước chỉ lớn hơn gấp 2,5 lần hành tinh của chúng ta. Phát hiện này đang gióng lên hồi chuông thách thức sự hiểu biết lâu nay về quá trình hình thành hành tinh, đồng thời chính thức xếp nó vào nhóm hành tinh siêu lớn cực kỳ hiếm hoi.
Tiến sĩ Thomas Beatty, đồng tác giả nghiên cứu, chia sẻ với trang IFLScience rằng hành tinh mang tên GJ 523b này chính là mảnh ghép cuối cùng đủ sức khẳng định đây là một phân loại thực sự trong vũ trụ.
Hành tinh nói trên hoàn toàn đi ngược lại các mô hình phân loại thông thường. Dù nặng gấp 23 lần Trái Đất, nó lại hầu như không có bầu khí quyển hay lớp khí bao quanh. Sự kỳ dị chưa dừng lại ở đó khi quỹ đạo của nó cắt ngang qua các cực của ngôi sao chủ thay vì nằm trên mặt phẳng xích đạo quen thuộc, đồng thời không có bất kỳ dấu hiệu nào giải thích được điểm bất thường này.
Trong số hơn 6.000 ngoại hành tinh từng được ghi nhận, phần lớn có kích thước nằm ở khoảng giữa Trái Đất và Sao Hải Vương. Chúng thường chia thành hai nhóm quen thuộc gồm các siêu trái đất với bán kính gấp đôi hành tinh của chúng ta kèm theo mật độ cao, và các hành tinh cận Hải Vương có kích thước lớn hơn nhưng khoác lên mình một lớp vỏ khí dày làm giảm đáng kể mật độ chung.
Siêu Trái Đất là những hành tinh ngoài hệ Mặt Trời có khối lượng lớn hơn Trái Đất, nhưng nhỏ hơn nhiều so với các hành tinh băng khổng lồ của hệ Mặt Trời: Sao Thiên Vương và Sao Hải Vương.
Tuy nhiên, giới thiên văn học đôi khi bắt gặp những ngoại hành tinh có bán kính lớn hơn gấp đôi Trái Đất nhưng mật độ lại vô cùng đặc, hé lộ phần lõi kim loại khổng lồ gần như trống rỗng lớp khí bên ngoài. Ngoại hành tinh GJ 523b nằm chễm chệ ngay trung tâm biểu đồ này với bán kính gấp 2,5 lần Trái Đất nhưng khối lượng gấp khoảng 23 lần, khiến nó đặc hơn hành tinh của chúng ta đến 50%.
Bài toán khó mang tên trái đất siêu lớn
Sự tồn tại của các hành tinh thuộc nhóm này từ lâu đã là một ẩn số lớn. Giới khoa học vốn mặc định rằng một thiên thể sở hữu phần lõi khổng lồ như vậy sẽ hút lấy một lượng lớn khí hydro để biến thành một hành tinh cận Hải Vương, bất chấp lực hấp dẫn tương đối yếu của nó.
Một số trường hợp được cho là quay quá sát ngôi sao chủ khiến lớp hydro bị nung nóng đến mức bay hơi hoàn toàn. Dù vậy, lời giải thích này không khớp với trường hợp của GJ 523b. Quỹ đạo của hành tinh này kéo dài 17,8 ngày quanh một ngôi sao loại K, giúp nó ấm hơn Trái Đất nhưng vẫn chưa đủ nhiệt độ khắc nghiệt như những sao Mộc nóng từng được phát hiện trước đây.
Hơn nữa, nhóm nghiên cứu do nghiên cứu sinh Max Kroft và tiến sĩ Thomas Beatty thuộc Đại học Wisconsin-Madison dẫn đầu đã xác định rằng ngôi sao chủ GJ 523 hình thành từ 170 triệu năm trước, khoảng thời gian quá ngắn để xảy ra hiện tượng bào mòn khí quyển.
Quỹ đạo gần như vuông góc với mặt phẳng xích đạo sao chủ của GJ 523b cũng là một dấu hỏi lớn. Thông thường, những quỹ đạo kỳ lạ này chỉ xuất hiện trong các hệ thống chứa hành tinh khổng lồ, nơi lực hấp dẫn của chúng đủ sức văng vật thể nhỏ hơn ra khỏi quỹ đạo ban đầu. Rất có thể GJ 523b đang ẩn giấu một người anh em khổng lồ chưa được tìm thấy.
Hành trình săn lùng sự bất thường
Sự tồn tại của GJ 523b lộ diện sau khi kính viễn vọng không gian TESS ghi nhận những lần suy giảm độ sáng của ngôi sao chủ định kỳ sau mỗi 17,8 ngày. Kroft đã tiến hành kiểm tra sâu hơn để xác định liệu ngôi sao này có đang dao động dưới tác động hấp dẫn hay không.
Ban đầu, Kroft đang tìm kiếm các ngoại hành tinh đại dương với kỳ vọng khám phá những thế giới ngập nước. Tuy nhiên, thay vì một hành tinh nước, họ lại chạm trán một khối đặc vượt xa tưởng tượng. Kroft chia sẻ rằng những hành tinh đặc không phải là hiếm, nhưng chúng thường là các thiên thể nhỏ như Trái Đất hoặc Sao Thủy, trong khi hành tinh mới này lại lớn gấp 2,5 lần hành tinh của chúng ta.
Xác lập một danh mục vũ trụ mới
Phát hiện mới này đóng vai trò quan trọng trong việc củng cố sự tồn tại của nhóm hành tinh siêu lớn. Theo Beatty, một hành tinh đơn lẻ mang khối lượng dị thường có thể chỉ là một sự ngẫu nhiên, ví dụ như trường hợp của Kepler-10c từng bị loại bỏ sau khi tái phân tích.
Tuy nhiên, trong thập kỷ qua, số lượng những thiên thể tương tự đã tăng lên 13, đủ dữ liệu để tiến hành các phân tích thống kê chuyên sâu. Bằng phương pháp phân tích cụm trên toàn bộ quần thể hành tinh nhỏ, nhóm nghiên cứu nhận thấy 13 thiên thể này nằm ngoài mọi nhóm quen thuộc, vừa quá lớn để làm siêu trái đất, vừa quá đặc để xếp vào nhóm cận Hải Vương.
Siêu trái đất này khiến các nhà khoa học đau đầu
Nguyên nhân nào khiến hành tinh này quá đặc?
Các tác giả đưa ra giả thuyết rằng GJ 523b có thể từng di chuyển vào quỹ đạo rất gần ngôi sao chủ trong quá khứ để rồi mất đi lớp khí hydro. Dù vậy, cơ chế nào khiến nó dịch chuyển ra xa trở lại thay vì tiếp tục xoắn ốc lao vào tâm sao vẫn là một bí ẩn.
Một khả năng khác là sự va chạm kinh hoàng giữa hai hành tinh đa khối lượng từng xảy ra. Vụ va chạm không chỉ làm giảm lượng khí sót lại của mỗi thiên thể mà sức nóng khủng khiếp từ cú va đập cũng thổi bay phần lớn lớp khí hydro còn sót lại.
Dù việc giải mã lịch sử trực tiếp của GJ 523b còn gặp nhiều khó khăn, các quan sát bổ sung trong tương lai hứa hẹn sẽ mang lại câu trả lời. Kroft hy vọng các đợt thu thập dữ liệu tiếp theo từ kính viễn vọng Gaia hoặc phương pháp đo vận tốc xuyên tâm sẽ giúp vạch trần sự hiện diện của thiên thể khổng lồ đang âm thầm thao túng quỹ đạo kỳ lạ này.
