Sử dụng James Webb Space Telescope (JWST), các nhà khoa học đã nghiên cứu chi tiết ngoại hành tinh TOI-5205 b—một thế giới thường được gọi là “hành tinh bị cấm”—và phát hiện điều bất ngờ: khí quyển của nó nghèo các nguyên tố nặng hơn so với chính ngôi sao chủ. Điều này đi ngược lại các giả thuyết phổ biến về cách các hành tinh khổng lồ hình thành và tiến hóa.

Nghiên cứu được công bố trên The Astronomical Journal, do Caleb Cañas (NASA Goddard Space Flight Center) dẫn đầu, cùng sự tham gia của Shubham Kanodia và các nhà khoa học quốc tế.

TOI-5205 b có kích thước tương đương Sao Mộc nhưng lại quay quanh một ngôi sao nhỏ hơn nhiều—chỉ lớn gấp khoảng bốn lần Sao Mộc và có khối lượng bằng 40% Sun. Khi hành tinh đi qua phía trước ngôi sao (hiện tượng “quá cảnh”), nó che khuất tới 6% ánh sáng sao. Các nhà khoa học sử dụng quang phổ để phân tích ánh sáng này, từ đó xác định thành phần hóa học của khí quyển hành tinh.

Thách thức các mô hình hình thành hành tinh

Theo lý thuyết hiện nay, các hành tinh hình thành từ đĩa khí và bụi quay quanh các sao trẻ. Tuy nhiên, một hành tinh lớn như TOI-5205 b quay quanh một ngôi sao nhỏ và mát như vậy là điều rất khó giải thích.

Để nghiên cứu những hệ bất thường này, các nhà khoa học đang triển khai chương trình quan sát lớn mang tên “Red Dwarfs and the Seven Giants”, tập trung vào các hành tinh khổng lồ quanh sao lùn đỏ.

Dữ liệu từ ba lần quan sát quá cảnh cho thấy khí quyển của TOI-5205 b chứa ít nguyên tố nặng hơn so với hydro—ít hơn cả Sao Mộc và thậm chí ít hơn cả ngôi sao chủ của nó. Điều này rất bất thường, vì các hành tinh khổng lồ thường giàu nguyên tố nặng hơn so với sao.

Ngoài ra, các nhà khoa học còn phát hiện methane (CH₄) và hydrogen sulfide (H₂S) trong khí quyển, giúp làm rõ thêm thành phần hóa học của hành tinh này.

Sự “lệch pha” giữa khí quyển và bên trong

Các mô hình cấu trúc hành tinh cho thấy tổng thể TOI-5205 b có thể giàu kim loại hơn khí quyển của nó tới 100 lần. Điều này gợi ý rằng các nguyên tố nặng có thể đã “chìm” vào bên trong trong quá trình hình thành, khiến phần khí quyển và lõi không còn trộn lẫn hiệu quả.

Kết quả là hành tinh này có thể sở hữu khí quyển giàu carbon nhưng nghèo oxy—một đặc điểm rất khác so với dự đoán.

Nhóm nghiên cứu cũng tính đến ảnh hưởng của các đốm sao (starspots), vốn có thể làm sai lệch dữ liệu quan sát. Việc hiệu chỉnh yếu tố này sẽ giúp cải thiện độ chính xác trong các nghiên cứu tương lai.

Mở ra câu hỏi mới

Phát hiện về TOI-5205 b không chỉ đặt ra thách thức cho các mô hình hiện tại mà còn mở ra hướng nghiên cứu mới về sự đa dạng của các hệ hành tinh. Những “ngoại lệ” như vậy có thể giúp các nhà khoa học hiểu rõ hơn về cách các hành tinh hình thành trong những điều kiện khác nhau trong vũ trụ.