2016年,千度極小望遠鏡(KELT)發現了一顆距離地球670光年的系外行星。這顆行星位於天鵝座,被命名為KELT-9b。它最顯著的特徵為極高的表面溫度——晝半球的表面溫度可達4600開爾文,甚至超過了很多恆星,也是已知溫度最高的行星之一。
2019年起,NASA的科學家利用凌日系外行星勘測衛星(TESS),對KELT-9b進行了細緻的觀測。TESS觀測到27次KELT-9b凌星,這些模擬結果使研究小組能夠模擬出這個系統中的奇特恆星及其對行星的影響。最近,這項研究發表於《天文學雜誌》。
通過凌星法研究KELT-9b及其圍繞的恆星
KELT-9b是一個氣態巨行星(Gas Giant),比木星大1.8倍,質量是木星的2.9倍。潮汐力鎖定了它的自轉,它總以同一側面向它的恆星,其公轉周期僅為36小時。
美國愛達荷大學的物理學教授、論文合著者賈森·巴爾內斯(Jason Barnes)說:「在我們通過引力昏暗效應研究的行星系統中,恆星對KELT-9b的影響是迄今為止最為壯觀的。這項工作有助於將引力昏暗效應與其他測量行星聯珠的技術統一起來,最終我們希望能夠揭開大質量恆星周圍行星形成和演化歷史的秘密。」
這張動圖展示了行星KELT-9b和它的主星組成的系統。這顆行星的公轉軌道非常靠近主星,公轉周期為36小時。由於距離過近,KELT-9b從其恆星獲得的能量是地球從太陽獲得的能量的4.4萬倍。這使得這顆行星白晝側的溫度大約為4600 K,甚至比一些恆星的表面溫度還高。這種高溫也會促進行星的大氣逸散進太空。中心恆星由於快速旋轉,形狀發生了扭曲,進而產生了一個具有明顯溫度差異的表面——這顆恆星的兩極比它的赤道更亮更熱。
動圖模擬了KELT-9b的表面。NASA戈達德太空飛行中心(Goddard Space Flight Center)的尼科爾·科隆(Knicole Colón)是這篇論文的合著者,他說:「想想這顆恆星的表面溫差是如何影響行星的,真的很有趣。KELT-9b從恆星接收到的能量變化,很可能使之產生一個非常活躍的大氣。」
這是從地球視角觀測的KELT-9b系統。正對地球的是恆星的一個極點。這顆行星最明顯的凌星發生在恆星熾熱明亮的兩極之一,當它穿過較暗的赤道時,能夠阻擋的光線變少。這種凌星過程中的亮度變化為了解恆星表面溫度和亮度變化提供了線索。研究小組從中重建出恆星的橢圓形狀、空間中的方位、表面溫度的範圍以及影響這顆行星的其他因素。
從KELT-9b行星表面看向恆星的一年。公轉一周的過程中,行星會經歷兩次由恆星表面溫度差異引起的升溫和降溫的過程。在這顆恆星炎熱的極點和較冷的赤道之間,溫差能達到大約800開爾文。這就導致了當行星上會出現位於兩極之上時的「夏天」和位於涼爽的赤道地區時的「冬天」。因此,每36小時,KELT-9b就經歷兩個夏天和兩個冬天。
KELT-9b奇特的季節變化
KELT-9b凌星過程中逸散的大氣使我們觀測到其主星的亮度降低
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藉助TESS的研究,為我們展示了KELT-9b主星的形態。這顆恆星的大小是太陽的兩倍,平均溫度比太陽高56%。而它的自轉周期為16小時,大約是太陽的38分之一。如此快速的自傳使它的形狀成為扁橢球體,它的赤道直徑大於極直徑(前者是後者的1.089倍),使極區有較大的表面重力、較高的溫度和亮度,極地與赤道的亮度更是相差了38%。因此,極區為引力增亮,而赤道呈現引力昏暗。