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天文学家为被称为热木星的系山东老酒馆外行星提供“野外指南”

天文学与空间 2022-08-11 00:01:13

亚利桑那大学 艺术家的印象显示了一颗炽热的木星,围绕着丰富的旧星团梅西埃67中的一颗恒星运行,该星团位于巨蟹座中距离地球2500到3000光年的地方

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卡尔萨达 由于一项新的研究将理论建模与哈勃太空望远镜的观测相结合,热木星——以极其紧密的轨道围绕其宿主恒星运行的巨型气体行星——变得不那么神秘了

尽管以前的研究主要集中在被归类为“热木星”的单个世界,因为它们与我们太阳系中的气态巨行星表面相似,但新的研究首次着眼于更广泛的奇异世界群体

这项研究发表在《自然天文学》杂志上,由亚利桑那大学的一名研究人员领导,为天文学家提供了一个前所未有的热木星的“野外指南”,并提供了对行星形成的一般见解

尽管天文学家认为只有大约十分之一的恒星拥有热木星类系外行星,但这些奇特的行星构成了迄今为止发现的系外行星的相当大一部分,因为它们比其他类型的系外行星更大、更亮,例如岩石类、更像地球的行星或更小、更冷的气体行星

大小从木星的三分之一到10个木星质量不等,所有的热木星都以非常近的距离围绕它们的主星运行,通常比我们太阳系最里面的行星水星离太阳更近

典型的热木星上的“一年”持续数小时,或最多几天

相比之下,水星需要差不多三个月的时间来完成一次绕太阳的旅行

由于轨道接近,大多数(如果不是全部的话)炽热的木星被认为与它们的宿主恒星高速拥抱,一边永远暴露在恒星的辐射下,另一边永远笼罩在黑暗中

典型的热木星的表面可以达到近5000华氏度,而“较冷”的样本可以达到1400华氏度——热到足以熔化铝

这项研究由美国宇航局萨根研究员梅根·曼斯菲尔德(Megan Mansfield)领导,他是亚利桑那大学斯图尔特天文台的研究员,利用哈勃太空望远镜的观测结果,该团队可以直接测量热木星的发射光谱,尽管哈勃无法直接对这些行星成像

曼斯菲尔德说:“这些系统、这些恒星和它们炽热的木星距离太远,无法解析单个恒星及其行星。”

“我们只能看到一个点——两者的组合光源

" 曼斯菲尔德和她的团队使用了一种被称为二次日食的方法,从观测中梳理出信息,使他们能够深入观察行星的大气层,并深入了解它们的结构和化学组成

这项技术包括对同一系统的重复观测,在行星轨道的不同位置捕捉行星,包括当它下沉到恒星后面时

根据美国宇航局斯皮策太空望远镜的数据,模拟显示了一颗名为HD 80606b的炽热气态行星的湍流大气

这颗行星大部分时间都在远离恒星的地方度过,但每隔111天,它就会极其靠近恒星摆动,经历一次巨大的热量爆发

信用:美国宇航局/JPL-加州理工学院 曼斯菲尔德说:“我们基本上测量来自恒星及其行星的合成光,并将这一测量结果与我们看到的行星隐藏在其恒星后面的情况进行比较。”

“这使我们能够减去恒星的贡献,并隔离行星发出的光,尽管我们无法直接看到它

" 日食数据为研究人员提供了对热木星大气热结构的洞察,并使他们能够为每一颗木星构建单独的温度和压力剖面

研究小组随后分析了近红外光,这是一种波长超出人类可见范围的波段,来自每个炽热的木星系统,具有所谓的吸收特征

因为每个分子或原子都有自己特定的吸收轮廓,就像指纹一样,观察不同的波长可以让研究人员获得热木星的化学组成信息

例如,如果水存在于行星的大气中,它会以1

4微米,这属于哈勃能很好看到的波长范围

曼斯菲尔德说:“在某种程度上,我们用分子扫描这些热木星的大气层。”

“我们可以使用我们观察到的光谱来获得关于大气层是由什么组成的信息,我们还可以获得关于大气层结构的信息

" 该团队更进一步,量化了观测数据,并将其与热木星大气中被认为起作用的物理过程模型进行了比较

根据曼斯菲尔德的说法,这两组非常匹配,证实了许多基于理论工作对行星性质的预测似乎是正确的。曼斯菲尔德说,这些发现“令人兴奋,因为它们根本没有保证。”

" 结果表明,所有的热木星,不仅仅是研究中的19个,都可能包含类似的分子集合,比如水和一氧化碳,以及少量的其他分子

单个行星之间的差异应该主要是这些分子的相对数量不同

研究结果还显示,观测到的吸水特征在不同的热木星之间略有不同

曼斯菲尔德说:“综合来看,我们的结果告诉我们,很有可能我们已经弄清了这些行星化学中正在发生的大事件。”

“与此同时,每个星球都有自己的化学组成,这也会影响我们在观测中看到的东西

" 根据作者的说法,这些结果可以用来指导天文学家在观察一颗从未被研究过的炽热木星时可能会看到什么

美国国家航空航天局的新闻旗舰望远镜詹姆斯·韦伯太空望远镜将于12月发射

18,系外行星猎人兴奋吗?因为韦伯可以在更宽的红外光范围内看到,并且可以更详细地观察系外行星,包括炽热的木星

曼斯菲尔德说:“关于行星一般是如何形成的,我们还有很多不知道的地方,我们试图理解这是如何发生的方法之一是观察这些炽热木星的大气层,并弄清楚它们是如何到达现在的位置的。”

“有了哈勃的数据,我们可以通过研究水的吸收来观察趋势,但是当我们谈论整个大气的组成时,还有许多其他重要的分子你想看,比如一氧化碳和二氧化碳,JWST也会给我们一个机会来实际观察它们

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