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900光年外,邂逅一颗神奇的“重金属”行星

文章标签:行星重金属一颗木星恒星   文章来源:中国传统文化   发布时间:2020-03-24 14:36:57

这是我们第一次发现像镁和铁这样的重金属气体从太阳系外的行星上逃逸。他们为什么会逃逸?因为这颗木星大小的行星正以危险的方式靠近它的恒星。

900光年外,邂逅一颗神奇的“重金属”行星

(图解:这是艺术家制作的WASP-121b概念图,它的轨道离恒星很近,温度很高,大气中的重金属气体正在逃逸到太空中。图源:埃克塞特大学)

人们已经发现了各种类型和大小的系外行星——围绕其他恒星运行的行星——从小型岩石行星到紧贴恒星运行的炽热的气体巨行星。这时我们不难想到“天体音乐”这个词,这是一个古老的哲学概念,认为太阳、月亮和行星在天体中做有规则运动时能够发出音乐般的声音。虽然这个词容易让人联想到古典音乐,但有一颗系外行星似乎更适合重金属音乐。

900光年外,邂逅一颗神奇的“重金属”行星

(图解:美国航天局2016年5月10日公布的概念图显示了开普勒太空望远镜确认的部分行星。图源:NASA)

这颗行星,也就是WASP-121b,,是一颗距地球900光年的热木星——它的轨道离它的恒星非常近,以至于它的上层大气温度高达4600华氏度(2500摄氏度)。它的主恒星的引力把这颗行星扭曲成一个美式橄榄球的形状。这颗行星于2015年首次被发现,其质量是木星的1.8倍。

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哈勃太空望远镜(HST)探测到了从这个星球逸出的气体,也就是被称作“重金属”的铁和镁气体。这些经过同行评审的新结果发表在《天文学杂志》上。

证据表明,WASP-121b的低层大气温度很高,以至于铁和镁以气态形式存在。他们流向高空大气中,在那里它们可以借助氢气和氦气进入太空。这是第一次观测到这些气体从炽热的木星系外行星逃逸。正如大卫·辛,一位巴尔的摩约翰霍普金斯大学(马里兰州)的研究员说到:

“重金属以前在其他热木星中也发现过,但都只是在低层大气中。所以我们并不确定他们是否会逃逸。通过观察wasp - 121 b,我们发现镁和铁气体会远离这个行星,最后不受引力束缚。重金属元素流失的一个原因是这颗行星非常大而且膨胀,所以引力相对较弱。这颗行星的大气层正在被剥离。”

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(图解:计算机模拟的WASP-121b图像,利用了NASA斯皮策太空望远镜的拍摄素材,展现了重现了这个橙色星球新月-满月-新月的全过程。图源:NASA)

这个过程是如何发生的?首先,这个恒星本身比太阳更热,来自恒星的紫外线又加热了行星的上层大气。按照辛的说法,逃逸出的铁和镁两种气体也有助于进一步加热大气:

“这些金属会使大气在紫外线下变得更加不透明,紫外线的热量就会堆积在大气层中,这可能是导致高层大气升温的原因。”

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不仅它的大气层受到严重影响,行星本身也受到了严重影响。它实际上正在接近被恒星引力撕裂的点。不过现在,它已经被拉长成足球形状。WASP-121b为科学家们提供了一个罕见的观测机会,辛说到:

“我们选择这颗行星是因为它非常特别。我们认为我们有机会从它身上看到较重的元素逃逸。它温度很高,又很容易观察,这是发现重金属存在的最佳机会。我们过去的主要目的是寻找镁,但我们发现其他系外行星的大气中也有铁的迹象。话说回来,能从传回的数据中如此清晰地看到WASP-121b,能在离这个星球如此遥远的高空看到它,这真的是非常令人惊讶的一件事。”

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马里兰大学的天文学家德雷克·戴明说到:

“这颗行星是一个非常典型的超热木星。这类行星受到它们的母恒星的强烈辐射,它们几乎和恒星本身一样。WASP-121b正在被它的主恒星蒸发,所以我们能够看到到金属原子逃离高层大气,在那里它们可以与行星的磁场相互作用。这为我们提供了一个观察和理解一些有趣的物理现象的机会。”

“如此接近母恒星的热木星非常罕见。有如此炎热气候的热木星更是罕见。虽然它们很稀有,但一旦你找到它们,大家的注意力就会被吸引于此。我们期待未来可以进一步探索这个“奇怪”的星球。”

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(图解:木星漩涡带。图源:NASA)

这些对WASP-121b的观测是全色比较系外行星金库计划(PanCET)调查的一部分。这是首次对20个不同系外行星进行大规模的紫外、可见和红外对比研究,这些系外行星的大小从“超级地球”(数倍的地球质量)到“木星”(超过100倍的地球质量)。

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(图解:WASP-121b是一种被称为热木星的系外行星,如HD 209458b(艺术概念图)所示。这是一颗巨大的橙色系外行星,有类似木星的旋涡带。图源:NASA)

通过研究WASP-121b和其他热木星,科学家可以更好地了解行星如何失去其原始大气的。仍在形成中的行星的大气层往往由较轻的气体氢和氦组成,但是当一颗行星靠近它的母恒星时,这些大气层就会被剥离。辛是这样解释的:

“热木星大部分是由氢构成的,哈勃望远镜对氢非常敏感,所以我们知道这些行星很容易失去这些气体。但WASP-121b的情况是,氢气和氦气像一条河流一样流出,并将这些金属一起带走。这是一个非常高效的质量损失机制。”

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WASP-121b也是即将发射的詹姆斯·韦伯太空望远镜未来观测的理想目标,该望远镜将能够检测大气中的水和二氧化碳,并有助于对大气中的所有化学元素进行更全面的分析。这些数据将帮助科学家们更好地理解像热木星这样的行星是如何形成的,以及整个行星系统是如何形成的。

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(图解:左边是一颗类似太阳的恒星,右边是一颗椭圆形足球形状的系外行星。这是艺术家对WASP-121b的概念图,天文学家将其描述为一颗“重金属”系外行星。这颗行星的温度非常高,以至于镁和铁的气体——由于这些元素的原子量比氢或氦大,被称为“重金属”——正逃离它的大气层。与此同时,母恒星的引力不断影响着行星和它的大气层,把行星拉伸成一个足球形状。图源:NASA)

概要:WASP-121b是一颗罕见的热木星系外行星,这颗行星的温度非常高,而且距离它的母恒星非常近,这导致大气中的重金属气体正在被剥离,同时它自身正在被拉伸成一个足球的形状。

参考资料

1.Wikipedia百科全书

2.天文学名词

FY: 咩咩

作者: Paul Scott Anderson

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