Ở rìa Hệ Mặt Trời, khu vực Vành đai Kuiper là nơi lưu giữ hàng ngàn vật thể đá đóng băng, được gọi là Vật thể xuyên sao Hải Vương (TNO). Chúng được xem là những tàn dư từ thuở sơ khai của hệ hành tinh chúng ta cách đây 4,5 tỷ năm.
Trong số các TNO, hành tinh lùn Sao Diêm Vương (Pluto) có kích thước lớn nhất và sở hữu một lớp khí quyển mỏng. Tuy nhiên, các nhà khoa học từ lâu đã mặc định rằng nhiệt độ cực thấp và lực hấp dẫn quá yếu của các thiên thể nhỏ khác trong vành đai này khiến chúng không thể giữ được chất khí. Ngay cả những hành tinh lùn khá lớn như Eris, Haumea, Makemake hay Quaoar cũng hoàn toàn vắng bóng bầu khí quyển.
Tuy nhiên, theo một nghiên cứu mới được công bố ngày 4/5 trên tạp chí danh tiếng Nature Astronomy, đội ngũ các nhà thiên văn học Nhật Bản, dẫn đầu bởi Tiến sĩ Ko Arimatsu, chuyên gia tại Đài quan sát Thiên văn Quốc gia Nhật Bản (NAOJ), đã tìm thấy một lớp vỏ khí quyển mỏng bao quanh vật thể TNO mang tên (612533) 2002 XV93.
Điều đáng kinh ngạc là kích thước của thiên thể này cực kỳ khiêm tốn. Trong khi Sao Diêm Vương có đường kính lên tới 2.377 km, thì 2002 XV93 chỉ rộng vỏn vẹn khoảng 500 km. Phát hiện này mang đến cái nhìn sâu sắc chưa từng có về cách các bầu khí quyển hình thành và tồn tại, đồng thời buộc giới thiên văn phải đánh giá lại toàn bộ các vật thể trong Vành đai Kuiper.
Nắm bắt cơ hội quan sát
Cơ hội đến vào tháng 1/2024, khi Tiến sĩ Arimatsu và các cộng sự dự đoán được một hiện tượng thiên văn hiếm gặp: 2002 XV93 sẽ di chuyển cắt ngang và che khuất một ngôi sao, còn được gọi là hiện tượng che khuất sao.
Trên thực tế, 2002 XV93 quá nhỏ và tối để có thể nghiên cứu chi tiết. Nhưng khi nó được chiếu sáng ngược bởi các ngôi sao, các nhà khoa học có thể đo lường chính xác kích thước và đặc điểm của nó. Nhóm nghiên cứu đã thiết lập 3 trạm quan sát khắp Nhật Bản, bao gồm các đài thiên văn ở Kyoto, Nagano và một kính viễn vọng dân sự ở Fukushima.
Nếu thiên thể này không có khí quyển, ánh sáng của ngôi sao nền sẽ tắt phụt và sáng lại một cách đột ngột. Tuy nhiên, dữ liệu thu được lại đem tới một kết quả khác.
Tiến sĩ Arimatsu giải thích: “Độ sáng của ngôi sao đã mờ đi ở sát rìa vùng bóng tối, kéo dài khoảng 1,5 giây. Sự thay đổi ánh sáng này chỉ có thể được giải thích nếu ánh sáng sao bị bẻ cong bởi một lớp khí quyển rất mỏng bao quanh vật thể”.
Các nhà nghiên cứu đã tính toán rằng bầu khí quyển của 2002 XV93 mỏng hơn Trái Đất khoảng 5 triệu đến 10 triệu lần, và đưa ra hai giả thuyết về nguồn gốc của nó.
Bầu khí quyển có thể là sản phẩm của các núi lửa băng trên bề mặt thiên thể này, giải phóng các loại khí như metan, nitơ hoặc carbon monoxide từ sâu dưới lòng đất. Hoặc, một vật thể khác trong Vành đai Kuiper, chẳng hạn như sao chổi, có thể đã va chạm với 2002 XV93, giải phóng khí từ dưới bề mặt.
Theo Tiến sĩ Arimatsu, nếu do va chạm, bầu khí quyển này chỉ có thể tồn tại vài trăm năm. Ngược lại, nếu được duy trì bởi hoạt động của núi lửa băng, nó có thể tồn tại lâu dài hơn rất nhiều.
Tìm hiểu về 2002 XV93
Trong tương lai, các quan sát tiếp theo hoặc dữ liệu từ Siêu kính viễn vọng không gian James Webb có thể giúp xác định rõ thành phần khí (như metan hay CO) và nguồn gốc thực sự của bầu khí quyển này. Nếu áp suất khí quyển giảm dần qua các năm, giả thuyết về sự va chạm sẽ được chứng minh.
Nhóm của tiến sĩ Arimatsu đang tiếp tục tìm kiếm bầu khí quyển xung quanh các vật thể TNO khác bằng phương pháp quan sát che khuất sao. Phát hiện của họ có thể giúp xác định xem 2002 XV93 có phải là một ngoại lệ hiếm hoi, hoặc liệu các vật thể nhỏ tương tự khác cũng có bầu khí quyển.
Tiến sĩ Scott S. Sheppard, nhà khoa học tại Viện Khoa học Carnegie (Washington, DC), nhận định: “Đây là một khám phá thú vị. Trước đây, người ta cho rằng các vật thể như 2002 XV93 quá nhỏ để có bầu khí quyển, tuy nhiên, khám phá này đã chứng minh điều ngược lại. Vành đai Kuiper không phải là một nơi lạnh lẽo và chết chóc như chúng ta từng nghĩ. Ngược lại, nơi đây rất náo nhiệt và chứa đựng nhiều yếu tố cơ bản có thể liên quan đến sự sống”.
