蒙特利尔大学 外行星WASP-107b及其恒星WASP-107的艺术再现
一些恒星的光流穿过系外行星延伸的气体层
信用:欧空局/哈勃，美国航天局，M
Kornmesser
蒙特利尔大学的天文学家发现，巨大的系外行星WASP-107b的核心质量远低于在木星和土星等巨型行星网周围形成巨大气体包层所需的质量
博士的这一有趣发现
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UdeM系外行星研究所的学生卡罗琳·皮亚利特认为，气态巨行星的形成比以前认为的要容易得多
皮亚利特是UdeM天体物理学教授比约恩·本奈克开创性研究团队的一员，该团队于2019年宣布首次在位于恒星可居住区的系外行星上检测到水
今天与加拿大、美国和加拿大的同事一起发表在《天文学杂志》上
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本奈克说，对WASP-107b内部结构的新分析“具有重大意义”
“这项工作解决了巨型行星如何形成和成长的基础，”他说
“它提供了具体的证据，证明质量比以前想象的要小得多的核心可以引发气体包层的大规模增生
" 和木星一样大，但轻10倍 WASP-107b于2017年在WASP-107周围首次被探测到，WASP-107是一颗距离地球约212光年的处女座恒星
这颗行星离它的恒星非常近——比地球离太阳近16倍
WASP-107b与木星一样大，但轻10倍，是已知密度最小的系外行星之一:一种被天体物理学家称为“超级膨胀”或“棉花糖”的行星
皮亚利特和她的团队首先使用夏威夷凯克天文台获得的WASP-107b的观测数据来更准确地评估它的质量
他们使用径向速度法，这种方法允许科学家通过观察由于行星的引力引起的宿主恒星的摆动来确定行星的质量
他们得出结论，WASP-107b的质量大约是木星的十分之一，或者说是地球的30倍
研究小组随后进行了分析，以确定这颗行星最有可能的内部结构
他们得出了一个令人惊讶的结论:在如此低的密度下，这颗行星肯定有一个不超过地球四倍质量的固体核心
这意味着超过85%的质量包含在围绕着核心的厚厚的气体层中
相比之下，质量与WASP-107b相似的海王星，在其气体层中只有总质量的5%到15%
“我们对WASP-107b有很多疑问，”皮亚利特说
“这么低密度的行星怎么可能形成？它是如何阻止巨大的气体层逃逸的，尤其是考虑到这颗行星离它的恒星很近。 “这促使我们做了彻底的分析，以确定它的形成历史
" 一个正在形成的气体巨人 行星形成于围绕着一颗被称为原行星盘的年轻恒星的尘埃和气体圆盘中
气态巨行星形成的经典模型是基于木星和土星
在这些情况下，在圆盘消散之前，需要一个至少比地球大10倍的固体核心来积累大量气体
如果没有一个巨大的核心，气态巨行星被认为无法跨越建立和保持其大气圈所必需的临界门槛
那么如何解释WASP-107b的存在，它的核心质量要小得多？麦吉尔大学教授、国际可再生能源研究中心成员伊芙·李(Eve Lee)是研究像WASP-107b这样的超膨胀行星的世界著名专家，他有几个假设
“对WASP-107b来说，最有可能的情况是这颗行星是在远离恒星的地方形成的，那里圆盘中的气体足够冷，以至于气体吸积会非常快地发生，”她说
“这颗行星后来能够迁移到它现在的位置，要么通过与圆盘的相互作用，要么通过与系统中其他行星的相互作用
" 第二颗行星WASP-107c的发现 对WASP-107系统的凯克观测覆盖的时间比以前的研究要长得多，这使得UdeM领导的研究小组有了一个额外的发现:第二颗行星WASP-107c的存在，质量约为木星的三分之一，比WASP-107b大得多
WASP-107c离中心星也远得多；绕地球一周需要三年时间，相比之下只有五年
WASP-107 b 7天
同样有趣的是:第二颗行星的偏心率很高，这意味着它围绕恒星的轨道更像椭圆形而不是圆形
“WASP-107c在某些方面保留了系统中发生的事情的记忆，”皮亚利特说
“它的巨大偏心暗示了一个相当混乱的过去，行星之间的相互作用可能会导致重大的位移，就像黄蜂107b怀疑的那样
" 还有几个问题 除了它的形成历史之外，围绕着WASP-107b还有许多谜团
2018年发表的哈勃太空望远镜对行星大气的研究揭示了一个令人惊讶的现象:它含有非常少的甲烷
“这很奇怪，因为对于这种类型的行星来说，甲烷应该是丰富的，”皮亚利特说
“我们现在正在用新的行星质量重新分析哈勃的观测结果，看看它将如何影响结果，并检查什么机制可以解释甲烷的破坏
" 这位年轻的研究人员计划继续研究WASP-107b，希望詹姆斯·韦伯太空望远镜将于2021年发射，这将为这颗行星的大气成分提供更精确的想法
“像WASP-107b这样的太阳系外行星在我们的太阳系中没有类似物，这使我们能够更好地理解行星形成的一般机制以及由此产生的各种系外行星，”她说
“它激励我们去深入研究它们
" “WASP-107b的密度甚至更低:气体包层增生和轨道迁移的物理案例研究，”卡罗琳·皮亚利特等人
今天发表在《天文学杂志》上
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