Kính thiên văn vũ trụ James Webb (JWST) của NASA vừa quan sát một thiên thể cực kỳ bất thường mang tên PSR J2322-2650b — một ngoại hành tinh quay quanh pulsar với khí quyển gần như hoàn toàn là carbon, chu kỳ quỹ đạo chỉ vỏn vẹn 7,8 giờ. Đây là thiên thể không giống bất kỳ hành tinh nào từng được ghi nhận, khiến chính các nhà nghiên cứu phải thốt lên: "Đây rốt cuộc là cái gì vậy?"

Hành tinh cỡ Sao Mộc quay quanh một "ngôi sao cỡ thành phố"

PSR J2322-2650b có khối lượng tương đương Sao Mộc, nhưng thiên thể mà nó quay quanh lại là một pulsar — tàn tích của vụ nổ siêu tân tinh, về bản chất là một sao neutron quay cực nhanh, nén khối lượng lớn hơn Mặt Trời vào kích thước chỉ bằng một thành phố. Pulsar phát ra các chùm bức xạ từ hai cực từ, quét qua không gian như ngọn hải đăng.

Pulsar chủ PSR J2322-2650 nằm theo hướng chòm sao Sculptor (Điêu Khắc Gia), cách Trái Đất khoảng 750 năm ánh sáng. Hành tinh này được phát hiện lần đầu qua khảo sát kính thiên văn vô tuyến năm 2017, nhưng phải đến JWST, thành phần khí quyển của nó mới được giải mã.

Giáo sư Michael Zhang từ Đại học Chicago nhận xét: "Đây là một ngôi sao hoàn toàn kỳ lạ — khối lượng bằng Mặt Trời nhưng kích thước chỉ bằng một thành phố — và hành tinh quay quanh nó có bầu khí quyển chưa ai từng thấy bao giờ."

Tỷ lệ C/O vượt 100, C/N vượt 10.000: Khí quyển carbon gần như thuần khiết

Điều gây sửng sốt nhất là thành phần khí quyển. Trong khi hầu hết ngoại hành tinh được phát hiện có hơi nước hoặc methane, PSR J2322-2650b lại chứa chủ yếu carbon phân tử dạng C₂ và C₃ — tức carbon liên kết thuần túy với carbon, không lẫn oxy hay nitơ.

Thông sốGiá trị
Tỷ lệ Carbon/Oxy (C/O)Trên 100
Tỷ lệ Carbon/Nitơ (C/N)Trên 10.000
Khoảng cách đến pulsar~1,6 triệu km (so sánh: Trái Đất–Mặt Trời ~150 triệu km)
Chu kỳ quỹ đạo7,8 giờ

Peter Gao từ Carnegie Earth and Planets Laboratory cho biết: "Phản ứng đầu tiên khi dữ liệu về là 'Đây là cái gì vậy?' — hoàn toàn không phải thứ chúng tôi kỳ vọng."

Tỷ lệ C/O vượt 100 đồng nghĩa với việc khí quyển này gần như không có oxy tự do — một trạng thái chưa từng thấy ở bất kỳ hành tinh nào được quan sát trước đây.

Hình dạng quả chanh, mưa kim cương và gió thổi ngược chiều tự quay

Vì quỹ đạo chỉ cách pulsar khoảng 1,6 triệu km — gần hơn gần 100 lần so với khoảng cách Trái Đất–Mặt Trời — lực thủy triều cực mạnh đã kéo giãn hành tinh thành hình quả chanh. Nhiệt độ bề mặt phía tối đạt khoảng 650°C, còn phía sáng lên tới ~2.050°C.

Đáng chú ý, nhiệt độ cân bằng thực tế đo được là khoảng 1.900 K (~1.630°C) — cao hơn đáng kể so với mức 1.300 K nếu chỉ tính nhiệt từ ánh sáng khả kiến của pulsar. Nguyên nhân được cho là do tia gamma từ pulsar liên tục bắn phá khí quyển, bổ sung năng lượng vượt mức dự đoán.

Một điểm bất thường khác: dù hành tinh bị khóa thủy triều (một mặt luôn hướng về pulsar), khí quyển lại chuyển động theo hướng tây — ngược với chiều tự quay đông. Hiện tượng này chưa có lời giải thỏa đáng.

Bên trong hành tinh, áp suất cực cao có thể khiến carbon kết tinh thành vật chất dạng kim cương. Roger Romani từ Stanford University giải thích: "Khi thiên thể đồng hành nguội dần, hỗn hợp carbon và oxy bên trong bắt đầu kết tinh. Các tinh thể carbon thuần khiết nổi lên trên và trộn với helium — đó chính xác là những gì chúng tôi quan sát thấy. Nhưng tại sao oxy và nitơ lại bị loại ra ngoài thì vẫn còn là bí ẩn."

Lý thuyết hình thành hành tinh hiện tại không giải thích được thiên thể này

Hệ thống này được xếp vào dạng "Black Widow" (Góa phụ đen) — loại liên sao đôi mà pulsar dần "ăn mòn" thiên thể đồng hành bằng bức xạ và hạt năng lượng cao. Tuy nhiên, vì khối lượng thiên thể đồng hành dưới 13 lần Sao Mộc, nó được phân loại chính thức là ngoại hành tinh thay vì sao lùn nâu.

Zhang đặt câu hỏi về nguồn gốc: "Nó hình thành như một hành tinh bình thường? Không — thành phần hoàn toàn khác. Nó được tạo ra bằng cách pulsar bóc lớp ngoài của một ngôi sao? Cũng không — vật lý hạt nhân không tạo ra carbon thuần khiết theo cách đó." Nói cách khác, không có mô hình hiện tại nào giải thích được sự tồn tại của PSR J2322-2650b.

Quan sát được thực hiện ngày 8/11/2024 bằng thiết bị NIRSpec/PRISM của JWST, quét dải bước sóng 0,6–5,3 μm trong suốt một chu kỳ quỹ đạo hoàn chỉnh 7,8 giờ. Kết quả được công bố trên tạp chí The Astrophysical Journal Letters ngày 16/12/2025. JWST phù hợp đặc biệt cho quan sát này vì hoạt động ở dải hồng ngoại — không bị bức xạ năng lượng cao của pulsar che khuất — cho phép thu được phổ khí quyển của hành tinh một cách rõ ràng.

Đối với cộng đồng khoa học toàn cầu, PSR J2322-2650b mở ra một hướng nghiên cứu hoàn toàn mới về sự hình thành và tiến hóa hành tinh trong môi trường cực đoan. Các quan sát bổ sung trong tương lai được kỳ vọng sẽ làm sáng tỏ cơ chế duy trì khí quyển carbon bất thường này và lý giải sự vắng mặt gần như hoàn toàn của oxy lẫn nitơ.

Nguồn