Với sự phát triển của công nghệ, đặc biệt là Kính viễn vọng Không gian James Webb (JWST), các nhà khoa học ngày càng tiến gần hơn đến việc xác định những dấu hiệu sinh học trên các hành tinh xa xôi.
Một trong những ứng viên sáng giá nhất trong cuộc tìm kiếm này là các hành tinh Hycean, những thế giới được cho là có đại dương rộng lớn và được bao bọc bởi lớp khí quyển dày giàu hydro.
Một nghiên cứu mới đây cho thấy JWST có thể giúp phát hiện dấu hiệu sự sống trên các hành tinh này thông qua sự hiện diện của methyl halides, một nhóm hợp chất hóa học được sinh ra bởi sự sống trên Trái Đất.
Các hành tinh Hycean là một dạng ngoại hành tinh giả thuyết, có tên ghép từ “hydro” và “đại dương”. Khái niệm này được đề xuất lần đầu vào năm 2021 bởi nhà khoa học hành tinh Nikku Madhusudhan thuộc Đại học Cambridge.
Những hành tinh này được cho là quay quanh các sao lùn đỏ, loại sao phổ biến nhất trong vũ trụ. Một trong những ứng viên tiêu biểu của thế giới Hycean là K2-18b, một hành tinh thuộc loại “cận sao Hải Vương” nằm cách Trái Đất 124 năm ánh sáng trong chòm sao Sư Tử.
Năm 2019, Kính viễn vọng Không gian Hubble đã phát hiện hơi nước trong bầu khí quyển của K2-18b, một dấu hiệu cho thấy hành tinh này có thể sở hữu đại dương dưới bầu khí quyển của nó.
Đến năm 2023, JWST tiếp tục phát hiện carbon dioxide và methane trong khí quyển K2-18b, đồng thời không tìm thấy carbon monoxide và amoniac, một kết quả phù hợp với mô hình hành tinh Hycean.
Một phát hiện gây tranh cãi khác là sự tồn tại của dimethyl sulfide, một hợp chất trên Trái Đất chỉ được sản xuất bởi sinh vật phù du trong đại dương. Nếu sự hiện diện của dimethyl sulfide được xác nhận, nó sẽ là một trong những dấu hiệu sinh học mạnh mẽ nhất từng được tìm thấy trên một ngoại hành tinh.
Và ở thời điểm hiện tại, một nhóm nghiên cứu tại Đại học California, Riverside, và ETH Zurich ở Thụy Sĩ đã đề xuất một phương pháp mới để tìm kiếm sự sống trên các hành tinh Hycean. Họ cho rằng JWST có thể phát hiện một nhóm hợp chất hóa học gọi là methyl halides, vốn được tạo ra bởi vi khuẩn đại dương trên Trái Đất.
Michaela Leung, tác giả chính của nghiên cứu, giải thích rằng việc tìm kiếm methyl halides trên hành tinh Hycean có thể dễ dàng hơn nhiều so với việc phát hiện oxy trên các hành tinh giống Trái Đất.
Điều này là do methyl halides có đặc điểm hấp thụ mạnh trong phổ hồng ngoại, đúng với dải quan sát của JWST. Trong khi việc tìm kiếm oxy trên một ngoại hành tinh giống Trái Đất có thể mất hàng trăm giờ quan sát, việc phát hiện methyl halides trên một thế giới Hycean có thể chỉ mất khoảng 13 giờ – một con số rất khả thi về mặt kỹ thuật và chi phí.
Methyl halides là một nhóm hợp chất hóa học có cấu trúc gồm một nguyên tử carbon, ba nguyên tử hydro và một nguyên tử halogen (brom, clo hoặc flo). Trên Trái Đất, những hợp chất này phần lớn được tạo ra bởi sự sống, dù với nồng độ không cao trong khí quyển.
Tuy nhiên, trên một hành tinh Hycean, các điều kiện có thể khác biệt đáng kể. Nhóm nghiên cứu nghi ngờ rằng khí quyển giàu hydro và đại dương sâu có thể tạo điều kiện cho methyl halides tích tụ với nồng độ cao hơn nhiều so với trên Trái Đất, từ đó giúp chúng dễ dàng được phát hiện bởi JWST.
Dù vậy, có hai rào cản lớn trong giả thuyết về các hành tinh Hycean và sự sống trên những thế giới này.
Thứ nhất, cho đến nay, sự tồn tại của các hành tinh Hycean vẫn chỉ là giả thuyết. Những đặc điểm quan sát được từ K2-18b và một số ngoại hành tinh khác cho thấy khả năng tồn tại của loại hành tinh này, nhưng chưa có bằng chứng trực tiếp khẳng định chúng thực sự có đại dương nước lỏng bên dưới lớp khí quyển hydro dày đặc. Hiện tại, không có công nghệ nào cho phép quan sát trực tiếp bề mặt hoặc đại dương của những hành tinh này.
Thứ hai, ngay cả khi các hành tinh Hycean tồn tại, câu hỏi lớn hơn là liệu chúng có thể hỗ trợ sự sống hay không. Những hành tinh này có thể rất nóng do hiệu ứng nhà kính từ khí quyển giàu hydro. Tuy lớp khí quyển dày có thể giúp bảo vệ đại dương khỏi sự bốc hơi, nhưng điều kiện nhiệt độ bên trong vẫn có thể khắc nghiệt đến mức không thể duy trì sự sống như chúng ta biết.
Tuy nhiên, nếu sự sống tồn tại trên một hành tinh như vậy, nó có thể rất khác so với sự sống trên Trái Đất. Các vi sinh vật trên một thế giới Hycean có thể phải hít thở hydro thay vì oxy và sử dụng các con đường trao đổi chất chưa từng thấy trước đây.
Eddie Schwieterman, một nhà sinh vật học vũ trụ tại Đại học California, Riverside, cho biết rằng nếu tìm thấy sự sống trên một hành tinh như K2-18b, nó có thể thuộc nhóm vi khuẩn kỵ khí – những vi khuẩn không cần oxy để tồn tại.
Trên Trái Đất, sự sống kỵ khí tồn tại trong các môi trường cực đoan như đáy đại dương hoặc các hồ nước có nồng độ muối cao. Nếu môi trường Hycean đủ ổn định, rất có thể các dạng sống kỵ khí cũng có thể phát triển trong những đại dương giàu hydro này.
Một lý do khiến các hành tinh Hycean trở nên đặc biệt hấp dẫn trong cuộc săn tìm sự sống là chúng có thể phổ biến hơn nhiều so với các hành tinh giống Trái Đất. Các hành tinh Hycean có kích thước lớn hơn Trái Đất nhưng nhỏ hơn sao Hải Vương, và chúng có thể quay quanh các sao lùn đỏ, loại sao chiếm đến 75% tổng số ngôi sao trong Dải Ngân Hà.
Ngược lại, các hành tinh đá giống Trái Đất quay quanh sao lùn đỏ có thể gặp nhiều khó khăn hơn trong việc duy trì bầu khí quyển, do các sao lùn đỏ thường xuyên phát ra những vụ nổ bức xạ mạnh. Tuy nhiên, bầu khí quyển dày của các hành tinh Hycean có thể giúp bảo vệ chúng khỏi những tác động này, làm tăng khả năng tồn tại của sự sống.
Nếu những hành tinh này thực sự có đại dương nước lỏng và bầu khí quyển phù hợp, chúng có thể trở thành một trong những môi trường sống phổ biến nhất trong vũ trụ. Điều đó có nghĩa là khả năng tìm thấy dấu hiệu sự sống trên các hành tinh Hycean có thể cao hơn nhiều so với việc tìm kiếm sự sống trên các hành tinh giống Trái Đất.
Nghiên cứu của nhóm Leung, được công bố trên The Astrophysical Journal Letters.
Lấy link