首次發現「超熱海王星」圍繞太陽一樣恆星運行

2020-12-22 科技領航人

一個新的系外行星發現尚屬首次,它位於一個奇怪的「縫隙」中,離它的恆星非常近,它是一個海王星大小的天體,每19小時繞其恆星一圈。

從來沒有發現過海王星大小的系外行星,其軌道周期不到一天。通常,離恆星如此近的系外行星要麼是被稱為超熱木星的氣體巨星,要麼是被稱為超短周期行星的較小的巖石行星,如地球、水星、火星和金星。由這個唯一成員代表的新類行星被稱為「超熱海王星」。

奇怪的是,它的性質表明系外行星的密度與海王星相似,大氣層至少佔行星質量的9%。這就提出了一個問題,即大氣層如何在其恆星的灼熱中不蒸發?

智利大學的天文學家詹姆士·詹金斯說:「行星存在於被稱為『海王星沙漠』的地方,當我們觀察行星質量和規模時,在該地區沒有發現其他行星。」

「儘管冰冷的巨星似乎是行星形成過程的相當普遍的副產物,但事實並非如此,它們離恆星非常近。我們相信,這些行星會在宇宙時間內被剝奪大氣層,最終被稱為超-短期行星。」

名為LTT 9779b的行星繞著260光年遠的LTT 9779恆星運行。這顆恆星與我們的太陽非常相似,其大小和質量大致相同,但溫度略低。但是,它比太陽的46億年年輕20億年,因此具有更高的金屬含量,是太陽鐵的兩倍。

LTT 9779b繞這顆恆星的軌道很小,在半長軸處只有250萬公裡。這大約是地球與太陽之間距離的1.6%。在那個近距離處,系外行星將被加熱到超過1,970開氏溫度(大約1,700攝氏度或3,100華氏度)。

使用兩種主要技術來測量系外行星。傳輸數據——當系外行星在其前方通過時,恆星的光線會變暗多少——可用於計算其大小。徑向速度數據可以用來計算質量,該速度數據是恆星因系外行星的引力而稍稍晃動的程度。

有了這些數據,研究人員計算出LTT 9779b大約是地球質量的29.32倍,是地球大小的4.72倍。相比之下,海王星是地球質量的17.1倍,是地球大小的3.88倍。

由於密度可以用來推斷行星組成成分,LTT 9779b的特性表明它有一個類似於海王星的組成—— 一個大的巖石核心和大量的大氣。科學家說,這其中隱藏著問題。大氣應該通過一個叫做光離化的過程被燒焦了。

由於密度可以用來推斷組成,因此LTT 9779b的特性表明它具有與海王星相似的組成-大的巖心和充裕的大氣。科學家說,問題就在這裡。該大氣應該通過稱為光蒸發的過程被燒焦。

「年輕的母恆星發出的強烈的X射線和紫外線會加熱行星的高層大氣,並且應該將大氣中的氣體驅入太空。」英國沃裡克大學的天文學家喬治·金說,「光蒸發應該導致裸露的巖石或氣體巨星。這意味著我們不得不嘗試一些新的和不尋常的東西來解釋這個星球的歷史。」

這顆恆星的金屬性可能是一個線索——與金屬貧乏的近親相比,這類恆星更有可能攜帶巨大的系外行星。LTT 9779b可能是天然氣巨頭和短周期巖石行星之間很少見的中間步驟。

「行星結構模型告訴我們,這顆行星是一個由巨核控制的世界,但至關重要的是,應該存在兩到三個地球質量的大氣氣體。但是,如果這顆恆星這麼老,為什麼根本不存在任何大氣呢?」詹金斯說,「好吧,如果LTT 9779b以氣體巨星的身份開始演化,那麼稱為洛希瓣滲溢(Roche Lobe Overflow)的過程可能會將大量的大氣氣體轉移到恆星上。」

今年早些時候,在繞恆星運行18小時的軌道上宣布了一個巨大的巖石行星的發現,這被認為是曾經是天然氣體巨星的簡陋核心。因此,有理由認為我們遲早會在此過程中遇到中間步驟。

LTT 9779b的生長也有可能遠離恆星而開始向內遷移,其軌道由於與其他行星的引力相互作用而中斷。如果真是這樣,它的大氣保持時間可能要比其當前位置形成的時間長得多。

我們所知道的是,該系外行星似乎具有很強的大氣層,並且每隔19個小時就越過恆星。這使其成為進行後續研究的極佳候選者,在該研究中,可以對來自恆星的穿過大氣的光進行分析以確定大氣成分。

「該行星非常熱,這促使人們尋找比氫和氦重的元素以及電離的原子核。」詹金斯說,「令人難以置信的是,這個'不可思議的星球'如此稀有,以至於我們找不到像它那樣的實驗室來詳細研究超熱海王星的性質。因此,我們必須從這顆原石中提取出每一盎司的知識,並在接下來的幾年中同時使用天基和地面儀器觀察它。」

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