Sao lùn nâu – những vật thể không giống hành tinh không giống sao – là những kì quan hấp dẫn, chúng có khối lượng quá thấp để đốt cháy hydrogen, nhưng vẫn nặng hơn các hành tinh. Chúng chỉ phát ra lượng ánh sáng mờ nhạt, cho nên người ta khó phát hiện ra chúng, khiến các nhà khoa học không chắc chắn được số lượng sao lùn nâu có thể có trong thiên hà của chúng ta.
Nhưng các nhà thiên văn đang hướng mắt vào một sao lùn nâu đặc biệt tên gọi là WISE 0855. Chỉ cách Trái đất 7,2 năm ánh sáng, nó là vật thể lạnh giá nhất bên ngoài hệ mặt trời của chúng ta và chỉ nhìn thấy được trong vùng phổ hồng ngoại. Nhưng với một số kĩ thuật quan sát quang phổ khéo léo, nay các nhà thiên văn xác định được vật thể này có một số đặc điểm thú vị: bầu khí quyển của nó có đầy những đám mây hơi nước. Đây là lần đầu tiên các đám mây nước được phát hiện bên ngoài hệ mặt trời của chúng ta.
Ảnh minh họa WISE 0855 nhìn trong vùng phổ hồng ngoại. Ảnh: Joy Pollard, Gemini Observatory/AURA
“Nó mờ gấp năm lần so với bất kì vật thể nào khác phát hiện được với kĩ thuật quang phổ trên mặt đất ở bước sóng này,” phát biểu của Andrew Skemer, phó giáo sư thiên văn học và thiên văn vật lí học tại trường Đại học California Santa Cruz và là tác giả đứng tên đầu của bài báo về WISE 0855 đăng trên tạp chí Astrophysical Journal Letters. “Giờ thì chúng tôi đã thu được quang phổ, chúng tôi thật sự có thể bắt đầu nghĩ về cái đang diễn ra trên vật thể này. Quang phổ của chúng tôi cho thấy WISE 0855 bị bao phủ bởi hơi nước và các đám mây, với diện mạo chung na ná như Mộc tinh.”
Tên đầy đủ của sao lùn nâu này là WISE J085510.83-071442.5, nhưng chúng ta thường gọi tắt là W0855. Nó có khối lượng khoảng gấp năm lần Mộc tinh và là sao lùn nâu lạnh nhất từng được phát hiện, với nhiệt độ trung bình khoảng 250 Kelvin, hay âm 20 C. Nhiệt độ đó khiến nó lạnh gần như Mộc tinh, nơi có nhiệt độ 130 Kelvin.
“WISE 0855 là cơ hội hàng đầu của chúng ta để nghiên cứu một vật thể cỡ khối lượng-hành tinh bên ngoài hệ mặt trời, lạnh ngang ngửa với các hành tinh khí khổng lồ của chúng ta,” Skemer nói.
Skemer và đội của ông đã sử dụng kính thiên văn Gemini Bắc ở Hawaii và Quang phổ kế Hồng ngoại Gần Gemini để quan sát WISE 0855 trong 13 đêm với tổng thời lượng 14 giờ. Skemer là thành viên của một đội đã nghiên cứu vật thể này hồi năm 2014, họ đã tìm thấy các dấu hiệu trêu ngươi của các đám mây nước dựa trên dữ liệu trắc quang rất hạn chế. Skemer cho biết việc thu quang phổ (phân tách ánh sáng từ một vật thể thành các bước sóng thành phần của nó) là cách duy nhất để phát hiện thành phần phân tử của vật thể này.
WISE 0855 quá mờ yếu đối với kĩ thuật quang phổ thông thường ở các bước sóng quang học hoặc hồng ngoại gần, nhưng đội của Skemer đã nhận lấy thách thức và đã nhìn vào phổ phát xạ nhiệt đến từ vật thể ở các bước sóng trong một khoảng hẹp chừng 5 micron.
“Tôi nghĩ mọi người trong đội nghiên cứu thật sự đã tin rằng chúng tôi đang nằm mơ mới dám nghĩ tới chuyện chúng tôi có thể thu được quang phổ của sao lùn nâu này bởi vì phát xạ nhiệt của nó quá mờ nhạt,” Skemer nói. WISE 0855 quá lạnh và mờ nên nhiều nhà thiên văn học cho rằng phải mất hàng năm mới mong thu được quang phổ của nó. “Tôi đã nghĩ chúng tôi phải chờ đến khi Kính thiên văn vũ trụ James Webb đi vào hoạt động mới làm được chuyện này,” Skemer phát biểu.
Quang phổ thu được đã giúp các nhà thiên văn nhìn thoáng qua vào môi trường khí quyển của WISE 0855. Với dữ liệu trong tay, các nhà nghiên cứu đã phát triển các mô hình khí quyển của cơ chế hóa học cân bằng cho một sao lùn nâu ở 250 Kelvin và đã tính ra quang phổ thu được dưới các giả định khác nhau, bao gồm các mô hình có mây và không có mây. Các mô hình dự đoán một quang phổ nổi rõ các đặc điểm thu từ hơi nước, và mô hình có mây mang lại sự ăn khớp tốt nhất với các đặc điểm trong quang phổ của WISE 0855.
Trong khi quang phổ của vật thể này giống một cách ấn tượng với Mộc tinh, thì WISE 0855 dường như có một bầu khí quyển ít hỗn loạn hơn.
“Quang phổ đó cho phép chúng tôi nghiên cứu các tính chất động lực học và hóa học đã từng được nghiên cứu ở khí quyển Mộc tinh, nhưng lần này là ở một thế giới ngoài hệ mặt trời,” Skemer nói.
Các nhà khoa học cho biết WISE 0855 trông giống Mộc tinh hơn bất cứ ngoại hành tinh nào từng được khám phá, nó đặc biệt gây hào hứng bởi vì sứ mệnh Juno vừa mới bắt đầu nhiệm vụ thám hiểm ở thế giới khổng lồ Mộc tinh, cùng với các hành tinh khí khác trong hệ mặt trời của chúng ta, chúng đều có mây và giông bão, mặc dù các đám mây của Mộc tinh chủ yếu gồm amonia với đám mây tầm thấp có lẽ có chứa nước. Một trong các mục tiêu của Juno là xác định hàm lượng nước toàn cầu tại Mộc tinh.
Nguồn: UC Santa Cruz, Gemini
