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膨胀的行星失去大气层,变成超级地球

天文学与空间 2023-05-12 11:27:20

由加州理工学院的惠特尼·克莱文创作 迷你海王星TOI 560插图

01,位于103光年外的九头蛇星座

这颗紧紧围绕其恒星运行的行星正在失去膨胀的大气层,并可能最终转变成一个超级地球

信用:W

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凯克天文台/亚当·马卡连科 天文学家发现了两种不同的“迷你海王星”行星,它们正在失去膨胀的大气层,并可能转变为超级地球

来自行星恒星的辐射正在剥离它们的大气层,推动热气像一锅沸水中的蒸汽一样逸出

这一发现发表在《天文学杂志》的两篇独立论文中,有助于描绘出像这样的奇异世界是如何形成和进化的

迷你海王星是一类系外行星,它们是围绕太阳系外恒星运行的行星

这些行星是海王星更小、密度更大的版本,由被厚厚的气体层包围的巨大岩石核心组成

在新的研究中,由加州理工学院领导的天文学家小组使用了W

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位于Hawaiʻi莫纳克亚山顶的凯克天文台,研究太阳系中两个迷你海王星行星之一,称为TOI 560,位于103光年之外;他们用美国宇航局的哈勃太空望远镜观察了两个围绕高清63433运行的迷你海王星,它们位于73光年之外

他们的结果显示,大气气体正从TOI 560号,也就是TOI 560号最里面的迷你海王星逃逸

01,而从最外面的迷你海王星在HD 63433,称为HD 63433 c

这表明它们可能正在变成超级地球

这两项研究的主要作者、加州理工学院的研究生迈克尔·张说:“大多数天文学家怀疑年轻的小型微型海王星一定有蒸发的大气层。”

“但直到现在,还没有人在这样做的过程中抓住过一个

" 令人惊讶的是,研究还发现,TOI 560周围的气体

01主要是向恒星逃逸

“这是意想不到的,因为大多数模型预测气体应该从恒星中流出,”张的顾问、该研究的合著者、行星科学教授Heather Knutson说

“关于这些资金外流在实践中是如何运作的,我们还有很多东西要学

" 迷你海王星TOI 560的艺术动画

01,位于103光年外的九头蛇星座

天文学家已经发现,这颗多岩石的行星正在失去膨胀的大气层,气体出乎意料地流向恒星

这颗行星以0°的距离绕其恒星运行

06天文单位,或AU(一个天文单位是地球和我们太阳之间的距离),它是潮汐锁定的,意味着一面总是面向恒星

由于恒星的辐射,大气正在逃逸,这将气体带走

科学家们说,这个过程可以改变像TOI 560这样的行星

几亿年后变成了一类新的行星,叫做超级地球

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凯克天文台/亚当·马卡连科 解释了行星间隙 自从20世纪90年代中期发现第一批围绕类太阳恒星运行的系外行星以来,已经发现了成千上万的其他系外行星

其中许多轨道靠近恒星,较小的岩石行星通常分为两类:迷你海王星和超级地球

这种类型的行星在我们的太阳系中找不到

超级地球有1

地球的6倍大(偶尔也有1倍大

地球大小的75倍),而迷你海王星的大小是地球的2到4倍

很少有大小介于这两种行星之间的行星被探测到

这种差距的一种可能解释是迷你海王星正在转变为超级地球

迷你海王星理论上被氢和氦组成的原始大气包围着

氢和氦是中心恒星形成时留下的,中心恒星是由气体云形成的

科学家们推断,如果一颗小型海王星足够小,并且离它的恒星足够近,那么恒星X射线和紫外线辐射可以在数亿年的时间里带走它的原始大气层

这将留下一个半径小得多的岩石超级地球,从理论上讲,它仍然可以保持一个相对稀薄的大气层,类似于我们地球周围的大气层

“间隙中的一颗行星将有足够的大气来膨胀它的半径,使它拦截更多的恒星辐射,从而实现快速的质量损失,”张说

“但大气层足够稀薄,很快就会消失

这就是为什么一颗行星不会在间隙中停留很长时间

" 根据天文学家的说法,其他情况可以解释这种差距

例如,较小的岩石行星可能从一开始就没有聚集过气体包层,迷你海王星可能是水世界,而不是氢气包层

最近发现的两个带逃逸大气层的微型海王星代表了第一个直接证据,支持微型海王星确实正在变成超级地球的理论

阳光下的签名 天文学家能够通过观察微型海王星在它们的主星前面穿过或穿过来探测逃逸的大气层

行星不能被直接看到,但是当它们从我们在地球上看到的恒星前面经过时,望远镜可以寻找行星大气中原子对星光的吸收

在迷你海王星TOI 560的情况下

01,研究人员发现了氦的特征

对于恒星系统HD 63433,研究小组在他们研究的最外层行星HD 63433 c中发现了氢的特征,但没有在内层行星HD 63433 b中发现氢的特征

“内行星可能已经失去了它的大气层,”张解释道

气体的速度提供了大气正在逃逸的证据

在TOI 560周围观察到的氦

01以每秒20公里的速度移动,而HD 63433 c周围的氢以每秒50公里的速度移动

这些微型海王星的引力不足以支撑如此快速运动的气体

行星周围的外流范围也显示了逃逸的大气:TOI 560周围的气体茧

01至少是3

5倍于行星半径,HD 63433 c周围的茧至少是行星半径的12倍

观测结果还显示,TOI 560失去了天然气

01正流向恒星

未来对其他微型海王星的观测应该会揭示TOI 560

01是一种异常现象,还是向内移动的大气外流更常见

“作为系外行星科学家,我们已经学会了期待意想不到的事情,”克努特森说

“这些奇异的世界不断用超越我们在太阳系中所观察到的新物理学给我们带来惊喜

"

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