Hình minh họa về một sao lùn nâu và lượng phát xạ hồng ngoại của nó được nhìn thấy bởi Kính thiên văn James Webb. (Ảnh: NASA, ESA, CSA, LEAH HUSTAK, Viện Khoa học kính hiệu vụ không gian)
Bằng việc sử dụng kính thiên văn James Webb, các nhà thiên văn học đã thực hiện khám phá đáng ngạc nhiên về lượng khí thải mêtan đến từ một sao lùn nâu hay còn gọi là " ngôi sao thất bại ". Họ cho biết, phát hiện này cho thấy sao lùn nâu có cực quang và thậm chí có thể được quay quanh bởi một ngoại mặt trăng chưa được khám phá.
Phát hiện này về sao lùn nâu thật đáng ngạc nhiên, bởi vì những thế giới lạnh lẽo và cô lập này được cho là không đủ ấm để khí mê-tan phát ra ánh sáng hồng ngoại.
Sao lùn nâu và cực quang
Những phát hiện này là kết quả của kính thiên văn JWST nhằm điều tra 12 sao lùn nâu. Họ cho rằng, những ngôi sao thất bại có thể tạo ra cực quang tương tự như ánh sáng phía bắc và ánh sáng phía nam của Trái đất, cũng như những ánh sáng nhìn thấy trên Sao Mộc và Sao Thổ.
Nhóm nghiên cứu đã điều tra sao lùn nâu lạnh CWISEP J193518.59–154620.3 (W1935), nằm cách Trái đất 47 năm ánh sáng. Mặc dù khối lượng của W1935 bị hạn chế kém, gấp từ 6 đến 35 lần so với Sao Mộc, nhưng nó được biết là có nhiệt độ bề mặt khoảng 204 độ C, nhiệt độ có thể nướng bánh.
Jackie Faherty, trưởng nhóm và quản lý giáo dục cấp cao tại Bảo tàng Lịch sử Tự nhiên Mỹ, cho biết: “Khí metan được dự đoán có ở các hành tinh khổng lồ và sao lùn nâu, nhưng chúng ta thường thấy nó hấp thụ ánh sáng chứ không phát sáng. Lúc đầu, chúng tôi rất ngạc nhiên về những gì nhìn thấy, nhưng nhận tháy khám phá này khá hấp dẫn”.
Tại sao một số ngôi sao thất bại?
Hình ảnh tổng hợp của Sao Mộc được chụp bởi máy ảnh NIRCam của JWST, cho thấy các vành đai của hành tinh và hai mặt trăng của nó, Amalthea và Adrastea. Ánh sáng xanh xung quanh các cực của Sao Mộc là cực quang. (Ảnh: NASA, ESA, CSA, Nhóm ERS Sao Mộc)
Các sao lùn nâu có biệt danh là "những ngôi sao thất bại" bởi vì, mặc dù hình thành trực tiếp từ một đám mây khí và bụi đang sụp đổ giống như một ngôi sao, chúng không có đủ khối lượng để kích hoạt phản ứng tổng hợp hạt nhân của hydro thành heli ở lõi của chúng.
Đây là quá trình xác định một ngôi sao thuộc dãy chính, vì vậy các sao lùn nâu - có khối lượng lớn hơn các hành tinh lớn nhất nhưng nhỏ hơn ngôi sao nhỏ nhất.
Faherty và các đồng nghiệp đang quan sát một số sao lùn nâu bằng JWST thì nhận thấy rằng, W1935 cũng tương tự, nhưng có một điểm khác biệt hấp dẫn: Nó đang phát ra khí mê-tan, thứ chưa từng thấy xung quanh một ngôi sao thất bại trước đây.
Mô hình W1935 tiết lộ rằng, sao lùn nâu đặc biệt này cũng có cái gọi là "sự đảo ngược nhiệt độ". Đó là hiện tượng bầu khí quyển của một hành tinh trở nên lạnh sâu hơn. Đây là hiện tượng thường thấy ở các hành tinh quay quanh các ngôi sao làm nóng bầu khí quyển của chúng từ trên xuống, nhưng điều đó không được mong đợi đối với W1935 vì sao lùn nâu này bị cô lập và không có nguồn nhiệt bên ngoài.
Để giải quyết bí ẩn này, nhóm nghiên cứu đã quan sát gần hơn các hành tinh khí khổng lồ của hệ mặt trời, Sao Mộc và Sao Thổ. Cả hai hành tinh khí khổng lồ này đều có lượng khí thải mêtan và cả hai đều có bầu khí quyển thể hiện sự đảo ngược nhiệt độ.
Câu hỏi lớn là điều gì đang tạo nên cực quang ở W1935?
Đây là một vấn đề, bởi vì gió mặt trời - dòng hạt tích điện từ mặt trời - là nguyên nhân chính tạo ra cực quang cho Sao Mộc, Sao Thổ và Trái Đất. Những điện tích này tấn công từ trường của các hành tinh và truyền xuống các đường sức, tương tác với các hạt trong khí quyển. Điều này làm nóng các tầng trên của khí quyển và gây ra sự phát xạ ánh sáng gần các cực của hành tinh. Tuy nhiên, do không có ngôi sao chủ tạo ra W1935 bằng gió sao nên quá trình này không thể là động lực chính tạo ra cực quang của sao lùn nâu cô đơn.
Cực quang của W1935 không có sao hoặc gió. Điều này cho thấy sao lùn nâu có thể được quay quanh bởi một mặt trăng đang hoạt động.
