Romain Correia

LHS 1140 b

Minh họa của họa sĩ về ngoại hành tinh LHS 1140 b và ngôi sao chủ của nó
Khám phá
Khám phá bởi	Dự án MEarth
Ngày phát hiện	20 tháng 4 năm 2017 (Công bố)
Kĩ thuật quan sát	Quá cảnh
Đặc trưng quỹ đạo
Bán trục lớn	0,0946±0,0017 AU
Độ lệch tâm	<0,043
Chu kỳ quỹ đạo	24,7369148±0,0000058 d
Độ nghiêng quỹ đạo	89,86°±0,04°
Sao	LHS 1140
Đặc trưng vật lý
Bán kính trung bình	1,730±0,025 R🜨
Khối lượng	5,60±0,19 M🜨
Mật độ trung bình	5,9±0,3 g/cm3
Hấp dẫn bề mặt	1,87±0,06 g
Nhiệt độ	226±4 K (−47 °C; −53 °F, cân bằng)

LHS 1140 b là một ngoại hành tinh quay quanh trong vùng ở được của sao lùn đỏ LHS 1140. Được phát hiện vào năm 2017 bởi Dự án MEarth, LHS 1140 b có khối lượng gấp khoảng 5,6 lần và bán kính khoảng 1,73 lần Trái Đất, thuộc nhóm siêu Trái Đất. Các phép đo hiện đại cho thấy hành tinh có mật độ thấp hơn đáng kể so với các ước tính ban đầu. Các mô hình cấu tạo hiện nay cho rằng LHS 1140 b có thể là một hành tinh đại dương giàu nước hoặc một sao Hải Vương nhỏ; các quan sát bằng Kính thiên văn không gian James Webb đã làm giảm khả năng tồn tại một khí quyển giàu hydro, trong khi các quan sát năm 2026 cung cấp bằng chứng về khí quyển đang thoát ra khỏi hành tinh.

LHS 1140 b di chuyển hoàn toàn bên trong vùng ở được của sao chủ và nhận được 43% bức xạ so với Trái Đất. Ngoại hành tinh này nằm cách Trái Đất 49 năm ánh sáng và có hiện tượng quá cảnh qua sao chủ, khiến nó trở thành ứng viên xuất sắc cho các nghiên cứu khí quyển bằng kính thiên văn mặt đất cũng như không gian. Đây là ngoại hành tinh đá đầu tiên được phát hiện có bằng chứng về khí quyển và nằm trong vùng ở được của một ngôi sao chủ.

LHS 1140 b quay quanh sao lùn đỏ nhỏ LHS 1140. Sao chủ có khối lượng bằng 18,4% và bán kính bằng 21,6% Mặt Trời, thuộc loại quang phổ M4.5V. Nhiệt độ bề mặt của LHS 1140 là 3.096 K (2.823 °C; 5.113 °F), với độ sáng bằng 0,0038 lần Mặt Trời và tuổi đời ít nhất 5 tỷ năm. So với Mặt Trời, LHS 1140 nhỏ, lạnh và mờ hơn nhiều.

Ngoài ra, LHS 1140 là một ngôi sao có mức độ hoạt động thấp; các quan sát ban đầu không phát hiện những đợt bùng phát lớn. Ngôi sao tự quay quanh trục với chu kỳ khoảng 130 ngày, dài hơn đáng kể so với nhiều sao lùn đỏ có kích thước tương tự.

Tên gọi LHS 1140 b được đặt theo quy chuẩn danh pháp ngoại hành tinh quốc tế:

• LHS là viết tắt của Luyten Half-Second Catalog – danh mục thiên văn do nhà thiên văn học Willem Jacob Luyten lập ra nhằm ghi nhận các ngôi sao có chuyển động riêng cao (lớn hơn 0,5 giây cung mỗi năm).
• 1140 là số thứ tự định danh của ngôi sao chủ trong danh mục này.
• Chữ cái b viết thường chỉ hành tinh đầu tiên được xác nhận quay quanh LHS 1140, không biểu thị khoảng cách của hành tinh tới sao chủ; LHS 1140 c được phát hiện/xác nhận sau nên mang ký hiệu c, mặc dù nó quay quanh sao chủ ở quỹ đạo gần hơn LHS 1140 b.

LHS 1140 b được phân loại là một siêu Trái Đất — thuật ngữ dùng để chỉ các ngoại hành tinh có khối lượng và kích thước lớn hơn Trái Đất nhưng nhỏ hơn đáng kể so với các hành tinh khổng lồ như Sao Hải Vương; thuật ngữ này không hàm ý hành tinh có thành phần hay điều kiện bề mặt tương tự Trái Đất.

Với khối lượng 5,60±0,19 M_🜨, bán kính 1,730±0,025 R_🜨 và mật độ 5,9±0,3 g/cm³, các giá trị này cho phép nhiều mô hình cấu tạo khác nhau có thể giải thích. Nghiên cứu năm 2023 cho rằng hành tinh có thể là một sao Hải Vương nhỏ (Sub-Neptune) với một lớp bao khí quyển hydro–heli rất mỏng, chiếm khoảng 0,1% khối lượng, hoặc một hành tinh đại dương (water world) với nước chiếm khoảng 9–19% khối lượng.

Mô hình thế giới đại dương hiện là một trong những cách giải thích được ủng hộ bởi các quan sát. Trong mô hình này, một phần rất lớn khối lượng LHS 1140 b nằm dưới dạng nước hoặc các chất dễ bay hơi giàu nước. Với mô hình cấu tạo cho phép hàm lượng nước khoảng 9–19% khối lượng, hành tinh có thể chứa lượng nước lớn hơn Trái Đất rất nhiều lần. Ở độ sâu lớn, áp suất cực cao có thể khiến nước chuyển sang các pha băng áp suất cao như Băng VII, thay vì tồn tại hoàn toàn dưới dạng nước lỏng.

Các quan sát bằng Kính thiên văn không gian James Webb công bố năm 2024 không phù hợp với khí quyển giàu hydro và ủng hộ một khí quyển có khối lượng phân tử trung bình cao, có thể giàu nitơ, hơi nước và carbon dioxide. Kết quả này ủng hộ các mô hình có khí quyển giàu các phân tử nặng hơn H₂, trong đó có mô hình thế giới đại dương.

Kịch bản sao Hải Vương nhỏ giả định LHS 1140 b có phần bên trong giàu đá và các chất dễ bay hơi, được bao phủ bởi một lớp bao khí quyển mỏng gồm chủ yếu hydro và heli. Mô hình năm 2023 cho thấy chỉ cần một lớp H/He tương đối nhỏ, khoảng 0,1% khối lượng hành tinh, cũng có thể giải thích bán kính và mật độ quan sát được.

Tuy nhiên, các quan sát JWST năm 2024 cho thấy phổ truyền qua không phù hợp với các mô hình khí quyển giàu H₂ được khảo sát, khiến kịch bản mini-Neptune giàu hydro trở nên kém phù hợp hơn.

Một nghiên cứu công bố năm 2026 phát hiện dấu hiệu helium đang thoát khỏi khí quyển của LHS 1140 b trong dữ liệu phổ quá cảnh thu được năm 2024. Tuy nhiên, tín hiệu này không xuất hiện trong lần quan sát năm 2025, cho thấy quá trình thoát khí quyển của hành tinh có thể biến đổi theo thời gian. Các tác giả cho rằng sự biến đổi này có thể liên quan đến sự thay đổi của bức xạ từ sao chủ.

Các tác giả diễn giải kết quả này là dấu hiệu cho thấy tầng khí quyển trên của LHS 1140 b bị chi phối bởi heli và nghèo hydro, trong khi các chất dễ bay hơi nặng hơn có thể bị giữ lại ở những tầng thấp hơn. Không phát hiện sự hấp thụ heli tương tự ở LHS 1140 c, mặc dù hành tinh này nằm gần sao chủ hơn và chịu bức xạ mạnh hơn.

Như vậy, LHS 1140 b hiện được xem là một siêu Trái Đất nằm trong vùng ở được, với mô hình hành tinh đại dương là một trong những cách giải thích phù hợp nhất với các dữ liệu hiện có. Tuy nhiên, bản chất chính xác của phần bên trong và cấu trúc khí quyển của hành tinh vẫn đang được nghiên cứu.

LHS 1140 b được phát hiện bằng cả phương pháp vận tốc tâm (đo khối lượng thông qua quang phổ Doppler) và quang học quá cảnh (xác định bán kính). Nhờ đó, LHS 1140 b là một trong số rất ít ngoại hành tinh tiềm năng có thể ở được đã xác định được chính xác cả khối lượng lẫn bán kính (bên cạnh hệ TRAPPIST-1). Bán kính của hành tinh được giới hạn chính xác ở mức 1,730±0,025 R_🜨, tương đương khoảng 11.000 km, gần tương đương với Kepler-62e.

Một nghiên cứu năm 2023 đã đánh giá lại khối lượng và bán kính của LHS 1140 b, đưa ra kết quả khối lượng 5,60±0,19 M_🜨 và bán kính 1,730±0,025 R_🜨 — nhẹ hơn và lớn hơn so với các ước tính trước đó. Điều này biến LHS 1140 b thành một hành tinh đại dương hoặc một sao Hải Vương nhỏ có mật độ cao thay vì một hành tinh đất đá.

Quỹ đạo của LHS 1140 b mất 24,737 ngày để hoàn thành, nhanh hơn nhiều so với chu kỳ 365 ngày của Trái Đất. Bán kính quỹ đạo là 0,0946 AU (khoảng 9,46% khoảng cách từ Trái Đất đến Mặt Trời). Dù ở rất gần, ngôi sao LHS 1140 lại quá mờ nên hành tinh chỉ nhận được 0,43 lần dòng bức xạ so với Trái Đất.

Giả định suất phản chiếu (albedo) bằng 0, LHS 1140 b có nhiệt độ cân bằng là 230 K (−43 °C; −46 °F) (theo số liệu năm 2026, còn số liệu 2017 là 224), so với Trái Đất là 255 K (−18 °C; −1 °F). Nếu LHS 1140 b có suất phản chiếu tương tự Trái Đất, nhiệt độ cân bằng sẽ còn thấp hơn, khoảng 201 K (−72 °C; −98 °F). Tuy nhiên, với hiệu ứng nhà kính mạnh ít nhất bằng Trái Đất, nhiệt độ bề mặt của nó sẽ vượt quá 266 K (−7 °C; 19 °F) (với albedo = 0). Do khối lượng lớn, nó nhiều khả năng có lớp khí quyển dày hơn và hiệu ứng nhà kính mạnh mẽ hơn.

Giống như nhiều hành tinh tiềm năng sống được quanh sao lùn đỏ, quỹ đạo của LHS 1140 b rất tròn: độ lệch tâm được đo đạc là dưới 0,043. Sự tròn hóa quỹ đạo này không thể giải thích bằng thủy triều sao, do đó độ lệch tâm thấp này nhiều khả năng là đặc tính nguyên thủy từ lúc hình thành.

Ban đầu, hành tinh được cho là có mật độ cực kỳ cao khoảng 12,5 g/cm³ — thuộc hàng cao nhất từng ghi nhận đối với một hành tinh đá và gấp đôi mật độ Trái Đất, với lõi sắt-niken chiếm tới 75% tổng khối lượng. Các nghiên cứu sau đó vào năm 2018 và 2020 đã điều chỉnh bán kính hành tinh tăng lên, cho ra mật độ 7,82+0,98
−0,88 g/cm³ (vẫn phù hợp với cấu tạo đá) và tỷ lệ khối lượng lõi giảm xuống còn 49± 7%. (Để so sánh, lõi Trái Đất chiếm khoảng 32,5% khối lượng). Nghiên cứu năm 2020 cũng gợi ý khoảng 4% khối lượng hành tinh là nước, biến nó thành một hành tinh đại dương với độ sâu trung bình của đại dương ước tính 779±650 km.

Nghiên cứu năm 2023 đo đạc khối lượng và bán kính với độ chính xác cao hơn đã xác định khối lượng thấp hơn (khoảng 5,6 lần Trái Đất) và mật độ giảm xuống 5,9±0,3 g/cm³, không còn phù hợp với mô hình hành tinh đá thuần túy. Các phép đo sau đó cho thấy mật độ thấp hơn đáng kể so với ước tính ban đầu, phù hợp với khả năng LHS 1140 b là một thế giới đại dương với phần khối lượng chứa nước khoảng 9–19%, mặc dù một mô hình mini-Neptune đặc cũng chưa thể hoàn toàn loại trừ. Các quan sát từ Kính thiên văn không gian James Webb (JWST) không phù hợp với các mô hình khí quyển giàu hydro được khảo sát, củng cố thêm cho kịch bản hành tinh đại dương.

Một tín hiệu tiềm năng về hơi nước trong khí quyển LHS 1140 b đã được ghi nhận vào cuối năm 2020 bằng Kính thiên văn không gian Hubble, dù tỷ số tín hiệu trên nhiễu (S/N) còn thấp. Các quan sát từ Kính thiên văn không gian James Webb (JWST) công bố năm 2024 đã loại trừ khả năng khí quyển giàu hydro nhẹ, đồng thời ủng hộ một khí quyển có trọng lượng phân tử trung bình cao, có thể chứa nitơ, hơi nước và carbon dioxide.

Vào tháng 7 năm 2024, JWST phát hiện các dấu hiệu sơ bộ của nitơ khí quyển, gợi ý rằng bề mặt hành tinh có thể phần lớn là băng và phủ một đại dương nước lỏng nhỏ ở khu vực điểm dưới sao, tạo thành hình dáng giống một hành tinh con mắt (eyeball planet). Nếu được xác minh, đây sẽ là bằng chứng đầu tiên về một khí quyển thứ cấp quanh một ngoại hành tinh nằm trong vùng ở được. Tuy nhiên, một nghiên cứu JWST công bố tháng 8 năm 2026 không phát hiện sự hấp thụ helium trong các quan sát độc lập, cho thấy tín hiệu trước đó có thể biến đổi theo thời gian hoặc chịu ảnh hưởng của biến thiên từ sao chủ. Vì vậy, bản chất và mức độ ổn định của khí quyển LHS 1140 b vẫn đang được nghiên cứu.

Trong nghiên cứu công bố tháng 7 năm 2026, các nhà thiên văn học báo cáo đã phát hiện khí heli thoát ra từ tầng khí quyển trên của LHS 1140 b thông qua phương pháp quang phổ quá cảnh bằng Kính thiên văn Magellan Clay tại Đài thiên văn Las Campanas. Trong đợt quan sát kéo dài 6,5 giờ vào tháng 9 năm 2024 ghi nhận quá cảnh của cả LHS 1140 b và LHS 1140 c, nhóm nghiên cứu ghi nhận sự hấp thụ dư thừa đặc trưng của hê li trong quá trình LHS 1140 b đi qua đĩa sao. Mô hình của nhóm nghiên cứu cho rằng hiện tượng này có thể là kết quả của sự thoát khí quyển do bức xạ tia X và cực tím cực ngắn (EUV) từ sao chủ làm nóng tầng khí quyển trên.

Một quan sát khác vào năm 2025 không ghi nhận sự hấp thụ heli, cho thấy quá trình thoát hơi khí quyển biến động theo thời gian; mô hình hóa chỉ ra sự gián đoạn này phù hợp với khoảng thời gian sao chủ giảm hoạt động chứ không phải là kết quả mâu thuẫn. Phát hiện này gợi ý tầng khí quyển trên của hành tinh bị chi phối bởi heli và nghèo hydro, trong khi các chất dễ bay hơi nặng hơn như nước có thể đã bị bẫy lạnh ở độ cao thấp hơn. Ngược lại, không có sự hấp thụ heli nào được phát hiện ở hành tinh lân cận LHS 1140 c, phù hợp với vị trí của nó ở phía bên kia "bờ biển vũ trụ" (cosmic shoreline) — ranh giới phân tách các hành tinh giữ được khí quyển và các hành tinh bị mất khí quyển.

LHS 1140 b nằm gần mép ngoài của vùng ở được — khu vực xung quanh ngôi sao có nhiệt độ vừa đủ để nước lỏng đọng lại trên bề mặt nếu có áp suất khí quyển thích hợp. Nhiệt độ cân bằng của LHS 1140 b khá thấp, ở mức 230 K (−43 °C; −46 °F), lạnh tương đương các vùng cực trên Trái Đất. Tuy nhiên, đây là nhiệt độ tính toán chưa bao gồm ảnh hưởng của lớp khí quyển dày.

Với hiệu ứng nhà kính tương đương Trái Đất, nhiệt độ bề mặt sẽ khoảng 266 K (−7 °C; 19 °F), nhưng vì hành tinh này có khối lượng lớn, hiệu ứng nhà kính có thể còn mạnh hơn. Nếu hiệu ứng nhà kính gấp đôi Trái Đất, LHS 1140 b sẽ có nhiệt độ bề mặt dễ chịu là 296 K (23 °C; 73 °F). Ngoài ra, sao chủ LHS 1140 hoạt động rất êm đềm nên hiện tượng bóc tách khí quyển không quá mạnh, giúp hành tinh duy trì được khí quyển qua hàng tỷ năm.

Nếu không có khí quyển, LHS 1140 b khả năng cao sẽ bị bao phủ bởi một lớp băng mỏng. Trong trường hợp đó, hành tinh vẫn có thể nhận đủ nhiệt phóng xạ và nhiệt thủy triều để vận chuyển một lượng lớn nước lỏng qua vỏ băng lên bề mặt thông qua các vòi phun núi lửa băng giàu nước.

• Ngoại hành tinh tiềm năng có thể ở được gần Trái Đất:

• • Cận Tinh b
  • Ross 128 b
  • GJ 273 b

• • TRAPPIST-1d
  • TRAPPIST-1e
  • TRAPPIST-1f
  • TRAPPIST-1g
• K2-3d
• Kepler-1652b
• Khả năng sống được của các hệ sao lùn đỏ
• Danh sách ngoại hành tinh tiềm năng có thể ở được
• Danh sách các ứng cử viên ngoại hành tinh đất đá để phát hiện khí quyển

Wikimedia Commons có thêm hình ảnh và phương tiện về LHS 1140 b.

• Rayne, Elizabeth (ngày 20 tháng 7 năm 2024). "Mini-Neptune turned out to be a frozen super-Earth". Ars Technica. Truy cập ngày 23 tháng 7 năm 2024.
• Cadieux, Charles; và đồng nghiệp (ngày 1 tháng 7 năm 2024). "Transmission Spectroscopy of the Habitable Zone Exoplanet LHS 1140 b with JWST/NIRISS". The Astrophysical Journal Letters. 970 (1): L2. arXiv:2406.15136. Bibcode:2024ApJ...970L...2C. doi:10.3847/2041-8213/ad5afa. ISSN 2041-8205.
• Artist’s impression of a trip to the super-Earth exoplanet LHS 1140b trên YouTube 20 thg 4, 2017