哈勃望远镜发现了一个足球状的“重金属”系外行星


   2019-08-06 丨 资讯 丨 nasachina  丨  2 Comments 丨  340

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这幅艺术插图展示了一个正在从大气中失去气态镁和气态铁的外星世界。这些观测结果代表着所谓的“重金属”——比氢和氦更重的元素——首次被探测到正从一颗热木星上逃逸出来。这是一颗巨大的气态系外行星,正以非常近的距离绕行其主恒星。这颗被称为WASP-121b的行星围绕着一颗比太阳更亮、更热的恒星运行。这颗行星极其危险地近距离绕行主恒星,以至于高层大气温度高达4600华氏度(约2538摄氏度)。来自寄主星的紫外线洪流正在加热这颗行星的高层大气,导致气态镁和气态铁逃逸到太空中。哈勃太空望远镜成像摄谱仪的观测结果显示出镁元素和铁元素远离这颗行星的光谱特征。这颗行星与其恒星的比肩之距,意味着它正处于被恒星引力潮汐力撕裂的边缘,强大的引力改变了这颗行星的形状,使它看起来更像一只足球。WASP-121系统距离地球约900光年。
资料来源:美国航天局(NASA)、欧洲空间局(ESA)和J.Olmsted(STScI)

一个星球怎么能“热上加热”?答案是因为此时重金属没有凝结成云,而是被探测到从行星大气中逸出。

美国航天局哈勃太空望远镜的观测结果揭露,含有气态镁和气态铁正从这个被称为WASP-121b的奇怪系外世界中涌出。这些观测代表着天文学家首次发现这些所谓的“重金属”——比氢和氦更重的元素——从一颗热木星中逃逸出来,这是一颗巨大的气态系外行星,距离它的恒星非常近。

正常情况下,木星般大小的热行星内部的温度仍然足够低,可以将镁和铁等较重的元素凝结成云。

但WASP-121b并非如此,它与其主星间的咫尺之距使其上层大气温度高达4600华氏度(约2538摄氏度)。WASP-121系统距离地球约900光年。

马里兰州巴尔的摩市约翰•霍普金斯大学的首席研究员David Sing解释说:“以前在其他热木星上也发现过重金属,但只限于低层大气。”“所以你不知道他们是否在逃出大气。在WASP-121b上,我们看到气态镁和气态铁离行星足够远,它们没有被引力束缚。”

由这颗比太阳更亮更热的主恒星发出的紫外线加热了行星高层大气,从而导致了气体逃逸。此外,Sing说,逸出的气态镁和气态铁也可能导致温度飙升。他解释说:“这些金属会令大气在紫外线照射下变得更加不透明,可能使得高层大气升温。”

这颗炙热的行星距离它的主星极其之近,因此它正处于被恒星引力撕裂的边缘。二者比肩之距意味着这颗行星形如足球是引力潮汐力的作用。

我们选择这颗行星是因为它太极端了,”Sing说。“我们认为我们有机会看到更重的元素逃逸。它很热,很容易观察,这是发现重金属存在的最好机会。我们最初主要是在寻找镁元素,但在其他系外行星的大气层中也曾发现过铁元素的痕迹。然而,出乎意料的是,从数据中如此清晰地看到重金属存在于在离行星如此之远且海拔如此之高的地方。重金属正在逃逸,部分原因是由于这颗行星又大又蓬松,所以重力相对较弱。这是一颗正在积极脱离大气层的行星。”

研究人员利用天文台的太空望远镜成像摄谱仪,在紫外线波段寻找WASP-121b行星经过其主星表面或凌日时,主星星光被行星大气过滤后印上的镁和铁的光谱特征。

这颗系外行星也是NASA即将推出的詹姆斯•韦伯太空望远镜(James Webb Space Telescope)的完美目标,该望远镜将利用红外线寻找水和二氧化碳,水和二氧化碳可以在更长、更红的波段下被探测到。哈勃望远镜和韦伯望远镜的结合将给天文学家提供一个更完整的行星大气化学组成的元素清单。

对WASP-121b的研究是全色系外行星比较库(PanCET)调查的一部分,该调查用哈勃观测20颗系外行星,大小不等,从超级地球(质量是地球的数倍)到类木行星(质量超过地球100倍),这是首次大规模在紫外线、可见光和红外线波段对这些遥远世界进行的对比研究。

对WASP-121b的观测给行星如何失去其原始大气的发展提供了新的线索。当行星形成时,它们汇聚而成的大气层里包含着行星和恒星诞生时的盘内气体。这些大气主要由原始的、较轻的氢气和氦气组成,它们是宇宙中最丰富的元素。当一颗行星靠近其恒星时,大气就会消散。

"辛说:“这些热木星主要由氢元素构成,而哈勃对氢的探测非常敏锐,所以我们知道这些行星相对容易失去气体。”“但WASP-121b并非如此,氢气和氦气卷挟着这些金属,如同流水般不断溢出。这是一种非常有效的质量损失机制。”

这项研究结果将发表在今天《天文学报》的网站上。

哈勃太空望远镜是美国航天局和欧洲空间局合作的一个国际项目,美国航天局位于马里兰州格林贝尔特的戈达德航天中心负责管理该望远镜,位于马里兰州巴尔的摩的太空望远镜科学研究所(STScI)负责哈勃的科学运作。空间望远镜研究所是美国航天局旗下由位于华盛顿特区的大学天文研究联合组织管理运作的。

作者:Claire Andreoli, Donna Weaver / Ray Villard, David Sing
最后更新:8月2日, 2019 编辑:Rob Garner

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