这个星球,可熔化铁和钛,它的温度究竟有多高?

作者:  时间:2021/05/16 热度:200

在探索系外行星的过程中,天文学家们发现了一些真正有有趣的东西!除了发现“超级木星”(这些系外行星的质量是木星的好几倍)外,还发现了许多“热类木星”。这些气体巨星紧紧围绕着它们的恒星转动,在一些情况下,这些行星的温度高到可以熔化石头和金属。

这就是“超热木星”名字的由来,并且在去年发现了温度最高的“超热木星”。根据一个国际天文学小组的最新研究发现,这颗行星的温度足以将金属气化。它就是著名的KELT-9b,一颗距离地球650光年,大气层温度超过4000摄氏度(7232华氏度)的气体巨星。

这个国际天文学小组是由日内瓦大学(UNIGE)和伯尔尼大学(UNIBE)的博士后Jens Hoeijmakers领导。该小组的成员包括:美国国家研究能力中心(UCCR)行星小组成员和日内瓦大学的系外行星未来高层大气光谱研究小组(FOUR ACES1)成员。

图解:艺术家对KELT-9b(超热木星)的印象,它是一颗离地球约650光年的炽热年轻恒星。图片来源:NASA / JPL-Caltech

这个由来自日内瓦大学,伯尔尼大学,苏黎世大学(UZH)和洛桑大学(UNIL)研究员组成的小组,致力于描述系外行星的特征。来自剑桥大学卡文迪什天体物理学和MRC分子生物实验室,卡利亚里天文台和罗克德洛斯穆沙乔斯天文台也为该小组提供支持。

这项研究描述了它们的发现----“系外行星KELT-9b的大气层中含有铁和钛原子”----最近发表在科学杂志《自然》上。为了进行研究,该小组试图限制超热木星的化学成分,因为这些在气态巨行星和恒星边界状态的行星,可以帮助天文学家更好的了解系外行星形成的过程。

为此,他们选择了KELT-9b,这颗由天文学家于2017年使用千度极小望远镜(KELT)发现的行星。像所有超热木星一样,这颗行星的轨道非常靠近它的恒星,其轨道半径比地球到太阳的距离近30倍,公转周期也只有36小时。这导致,它的表面温度超过4000摄氏度(7232华氏度),比许多恒星的温度都要高。

在此基础上,Hoeijmakers博士和他的同事们进行了一项理论研究,预测该行星的大气中铁蒸汽的存在。正如泊尔瓦大学教授兼该研究的合著者Kevin Heng,在最近的泊尔瓦大学的新闻发布会上解释说:

“这些模拟结果表明,在那里发现的大多数微粒是以原子的形式存在的,因为在这种极端的高温条件下,粒子间的碰撞会破坏将原子连接在一起的化学键。”

该团队根据北半球高精度径向速度行星搜索器(HARPS-North or HARPS-N)光谱仪在一次系外行星凌日过程中捕获的数据,检验了这一预测。在凌日过程中,可以看到恒星的光穿过大气层,用分光计检查这些光线,可以发现大气层中的化学成分。

他们的发现强烈表明:不仅是单电离的铁原子还有单电离的钛原子,其熔点都显著高于1250摄氏度(2282华氏度),为1670摄氏度(3040华氏度)。Hoeijmakers对此解释说:“根据理论预测,我们就像找藏宝图一样,当我们深入挖掘数据时,我们会发现更多的宝藏。”

这项研究除了揭示新一类超热木星的组成成分,还向天文学家们展示了一些神秘的事物。例如:科学家们相信,一些行星会因为在靠一颗明亮恒星较近的轨道上运行而蒸发,就行KELT-9b一样。正如的研究表明那样,恒星的辐射会严重分解像铁和钛这样的过渡金属。

尽管KELT-9b的质量很大不可能完全蒸发,但新的研究表明恒星的辐射对行星大气层成分有很大的影响。在较冷的气态巨星上,像铁和钛这样的元素,被认为是以气态氧化物或者尘埃粒子的形式存在的,这是很难探测到的。但是在KELT-9b中,这些元素是以原子的形式存在,这便使得他们易于被检测到。

图解:艺术家对KELT-9b落日的印象是,该星球的大气层温度很高,足以蒸发铁和钛等重金属。图片来源:?Denis Bajram

David Ehrenreich日内瓦大学FOUR ACES小组的首席研究员,同时也是这项研究的合著者。他说道:“这颗行星是一个独特的实验室,可以用来研究在强烈的恒星辐射下大气成分是如何演变的。”展望未来,该团队还预测,使用现有的望远镜应该可以观测到行星大气层中的气态铁原子。

简而言之,天文学家不需要等待下一代望远镜来研究这个独特的行星实验室,并且这颗行星可以告诉天文学家们系外行星的形成过程。通过了解其他恒星系中气态巨行星的形成过程,很可能会帮助天文学家们获得我们的太阳星系是如何形成和演变的线索。

谁知道呢?也许我们的木星曾经也很热,很大,只是在迁移到现在的位置时失去了原有的质量。也许现在的水星是一颗气态行星烧尽后剩下的外壳。系外行星的研究告诉我们,宇宙中正在发生着许多奇奇怪怪的事情。

作者: universetoday

FY: 维维

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