Các nhà thiên văn học phát hiện những hành tinh rộng gấp đôi và nặng gấp hơn 10 lần sao Mộc nhưng vẫn có giới hạn nhất định đối với độ lớn của một hành tinh.
Từ khi các nhà thiên văn học lần đầu quan sát bên ngoài Hệ Mặt trời cách đây 3 thập kỷ để phát hiện các ngoại hành tinh, con người đã biết những hành tinh trong dải Ngân Hà nói riêng và vũ trụ nói chung có đường kính và khối lượng đa dạng. Trước năm 1992, khi ngoại hành tinh đầu tiên được phát hiện, sao Mộc, hành tinh khí khổng lồ rộng gấp 11 lần Trái đất, giữ kỷ lục hành tinh lớn nhất từng biết. Nhưng kích thước của sao Mộc khá khiêm tốn so với một số hành tinh khổng lồ khác mà con người phát hiện cho tới nay, theo Live Science.
Ngoại hành tinh Kappa Andromedae b có khối lượng gấp 12,8 lần sao Mộc. (Ảnh: NASA).
Có hai thước đo cần cân nhắc khi xác định kích thước một hành tinh là đường kính và khối lượng. Theo thước đo thứ nhất, ngoại hành tinh lớn nhất có bán kính gấp đôi bán kính sao Mộc, theo Solène Ulmer-Moll, nhà nghiên cứu sau tiến sĩ ở Đại học Geneva. Đó là vật thể quay rất gần sao chủ. Chiều rộng và khối lượng của hành tinh liên quan tới nhau, nhưng cả hai không phải luôn có tương quan trực tiếp. Đó là vì các hành tinh rất đa dạng về mật độ. Vài hành tinh khí khổng lồ khối lượng thấp có thể lớn hơn hành tinh đặc và nặng.
Ví dụ, hành tinh khí khổng lồ HAT-P-67 b có bán kính gấp đôi sao Mộc, hiện nay nằm trong số những hành tinh lớn nhất về chiều rộng. Tuy nhiên, ngoại hành tinh ở cách Trái đất 1.200 năm ánh sáng này có mật độ rất thấp, vì vậy nó chỉ nặng bằng 1/3 khối lượng sao Mộc, theo Ulmer-Moll. WASP-17 b cũng lớn hơn gấp đôi sao Mộc. Hành tinh tiếp theo là KELT-9b có bán kính bằng 1,84 bán kính sao Mộc.
Phần lớn hành tinh đá không bao giờ lớn bằng những “siêu sao Mộc” nêu trên. Các hành tinh đá lớn nhất có biệt danh “siêu Trái đất” rộng gấp đôi Trái đất. Chẳng hạn, Wasp-17b có bán kính gấp 22 lần bán kính Trái đất. Tuy hành tinh đá đặc hơn hành tinh khí khổng lồ, chúng vẫn không thể nặng bằng. Đó là vì khi hành tinh đá phát triển, chúng tích tụ khí, băng.
Hành tinh có khối lượng lớn nhất nặng gấp khoảng 13 lần khối lượng sao Mộc. Ví dụ, hành tinh khí khổng lồ HD 39091 b ở cách Trái đất 60 năm ánh sáng và nặng gấp 12,3 lần sao Mộc. Giới nghiên cứu cho rằng khó có thể phát hiện hành tinh lớn hơn nữa bởi một hành tinh sẽ trở thành “sao lùn nâu” khi đạt tới ngưỡng kích thước và khối lượng nhất định.
Sao lùn nâu thường được ví như “những ngôi sao thất bại” bởi chúng nặng hơn siêu sao Mộc nhưng không đủ lớn để kích hoạt phản ứng nhiệt hạch ở lõi. “Khác biệt lớn giữa sao lùn nâu và hành tinh là khối lượng và quá trình đốt deuterium, đồng vị nặng của hydro”, Nolan Grieves, nhà nghiên cứu sau tiến sĩ ở Đại học Geneva, cho biết. “Ở khối lượng lớn hơn, một vật thể sẽ có áp suất và nhiệt độ bên trong đủ cao để đốt cháy phần lớn deuterium mà nó có”.
Sao lùn nâu lớn nhất từng được phát hiện là SDSS J0104+1535 cách Trái đất 750 năm ánh sáng ở rìa dải Ngân Hà. Nó có khối lượng lớn gấp 90 lần sao Mộc nhưng bán kính chỉ bằng 0,7 – 1,4 lần so với sao Mộc. Trên thực tế, nó vẫn nhỏ hơn hành tinh lớn nhất Hệ Mặt trời.