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在“超热木星”上发现铁和钛,比大多数恒星还要热!

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发表于 2019-11-4 08:44 | 显示全部楼层 |阅读模式
在“超热木星”上发现铁和钛,比大多数恒星还要热![color=rgba(0, 0, 0, 0.298)]

[color=rgba(0, 0, 0, 0.298)]From: [color=rgba(0, 0, 0, 0.298)]博科园 科学科普
天文物理
[color=rgba(0, 0, 0, 0.298)]4 days ago

天文学家首次在太阳系外的一颗行星的大气层中发现了铁和钛。这颗名为KELT-9b的系外行星是迄今为止发现最热的外星世界。这颗行星是如此炙热,甚至比大多数恒星还要热。这颗酷热的系外行星位于天鹅座,距离地球约620光年,天文学家称之为“超热木星”。KELT-9b是一个巨大的气体世界,就像木星一样,木星是太阳系中最大的行星。但它要大得多——质量是木星的三倍,直径是木星的两倍——而且它的轨道非常接近母星KELT-9。“超热木星”是一个非官方的术语,指温度超过3100华氏度(1700摄氏度)的热木星系外行星。

                               
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瑞士伯尔尼大学天体物理学家Kevin Heng说:太热了,即使是行星,也有点像恒星。KELT-9b可以达到7800华氏度(4300摄氏度)。这破纪录的高温使天文学家能够在KELT-9b大气中探测到铁和钛。长期以来,研究人员一直怀疑这些元素存在于一些系外行星上(铁是宇宙中最丰富的元素之一)但在较冷的环境中很难探测到,因为这些原子大多“被困在其他分子中”。

然而KELT-9b非常热,以至于云层不会在其大气中凝结,使单个的铁原子和其他金属单独飞行。钛曾在一颗系外行星的大气层中被发现过——但不是以原子的形式。2017年9月天文学家通过哈勃太空望远镜宣布,他们在一颗名为开普勒- 13a的系外行星的大气层中发现了二氧化钛(由一个钛原子和两个氧原子组成的分子)。


                               
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KELT-9和行星KELT-9b的概念图,KELT-9b是已知最热的系外行星。图片:MPIA

天文学家可以通过观察来自太空物体的光谱来探测不同的元素。由于这颗系外行星并不发出自己的光,因此研究小组研究了在太阳凌日过程中收集的望远镜数据。很方便的是这项研究之前,这些数据就已经存在了,利用光谱数据在KELT-9b大气中寻找氢之后,实际上把这些数据保存在抽屉里,因为没有理由去寻找铁或钛。

然后几个月前,研究人员做了一项理论研究,预测那里会有铁和钛,这推动了搜索。利用来自西班牙拉帕尔马伽利略国家望远镜的一年前的数据,研究人员开始寻找通过KELT-9b大气中4小时传输光谱中的金属。这些数据是用一种叫做HARPS的光谱仪采集的,HARPS是一种高精度径向速度行星探测器。


                               
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当把光“分裂”成光谱时,不同的原子或分子都有一个指纹,只要有足够的分辨率,足够好的数据,每个分子都有一个独特的指纹。KELT-9b大气中存在铁和钛的指纹,要找到这些元素的指纹需要“高性能计算技术的结合、光谱数据库的精心管理以及对细节的细致关注。

研究团队向伯尔尼大学的天体物理学家西蒙·格林寻求帮助(原子和分子混浊度计算方面的专家),这些混浊物的计算并不容易,因为需要评估数百万至数十亿条谱线的强度和形状。之前研究KELT-9b大气中氢的时候发现光谱中有很强的氢吸收谱线,而不需要研究团队那样做更复杂的相互关系分析来发现铁和钛。为寻找氢而收集数据的天文学家“缺乏对铁等金属进行认真研究的理论动机。


                               
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这是系外行星KELT-9b的概念,KELT-9b的轨道非常接近它的主星,以致于它的圆盘看起来比天空中的太阳大70倍。图片:Denis Bajram/Nature

发表在《自然天文》上的另一项研究表明,氢实际上是从KELT-9b的大气中“沸腾”出来的,并被吸入了行星的母恒星。重金属元素有可能也在逃逸,因为氢气的大量逃逸会将重元素‘拖’到大气中非常高的位置。尽管KELT-9b大气中的铁和钛是一个巨大的发现,这项技术本身真的很令人兴奋,使用同样的技术来检测生物学或生物签名,在地球上认为是氧气和其他一些不为人知的分子,但不知道生物特征是什么。

如果你知道它们是什么……可以用完全相同的技术在更冷、更小的行星上检测这些分子。天文学家不太可能在这颗地狱般的行星上发现任何生命迹象,但研究团队在KELT-9b的光谱中发现了一些其他有趣的元素。研究团队也在努力让哈勃太空望远镜获得时间去寻找水。最终的目标是“对行星进行一个完整的化学清单”探测,哈勃还将能够提供一些关于KELT-9b上天气的信息,行星上应该会有猛烈的风暴。

博科园|文:Hanneke Weitering/Space
参考期刊《自然天文》


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