凌日系外行星的化学指纹揭示其出生地,当前位置距太阳仅700万公里

    来源: 赢家娱乐

      天文学家发现了证据,表明第一颗被确定为凌日的系外行星可能已经迁移到了一个离其恒星的诞生地更远的近轨道上。

      包括华威大学在内的国际团队对第一颗被发现的凌日系外行星的分析揭示了其大气中的六种不同化学物质;这是第一次测量到如此多的分子,并指出存在的碳比氧气多;这种化学指纹是典型的行星,该行星距太阳比当前位置更远,距恒星仅700万公里;研究测试技术,这些技术将在更强大的望远镜联机时用于检测潜在宜居行星的迹象;天文学家已经发现证据,证明第一个被确定为凌日的系外行星可能与其恒星一起从更远的原始出生地迁移到了一个封闭的轨道上。

    凌日系外行星.png

      由华威大学的科学家组成的一个小组对行星的大气层进行的分析已经确定了一个行星的化学指纹,该行星的化学指纹比目前的太阳更远离太阳。它证实了先前的想法,即行星形成后已经移动到当前位置,距太阳仅700万公里,相当于地球到太阳的距离的1/20倍。

      该结论由一个国际天文学家小组于2021年4月7日发表。华威大学领导对结果进行建模和解释,这标志着首次测量到系外行星大气中多达6个分子以确定其组成。

      这也是天文学家第一次使用这六个分子来明确指出这些炽热的巨型行星形成的位置,这要归功于它们的大气成分。

      随着新型,更强大的望远镜很快上线,它们的技术也可以用于研究可能存在生命的系外行星的化学反应。

      这项最新的研究使用了西班牙拉帕尔马的Telescopio Nazionale Galileo,获得了系外行星HD 209458b在四次分别通过其宿主恒星前的大气的高分辨率光谱。来自恒星的光在穿过行星大气时会发生变化,并且通过分析由此产生的光谱差异,天文学家可以确定存在的化学物质及其丰度。

      在HD 209458b的大气中,天文学家首次能够检测到氰化氢,甲烷,氨,乙炔,一氧化碳和少量水蒸气。碳基分子(氰化氢,甲烷,乙炔和一氧化碳)出乎意料的丰富表明,大气中的碳原子数与氧原子数差不多,是预期的碳数的两倍。这表明该行星在形成过程中优先吸收了富含碳的气体,这只有在它最初形成时绕其恒星公转得更远时才有可能,最有可能与我们太阳系中的木星或土星相近。

      华威大学物理系的Siddharth Gandhi博士说:“关键化学物质是含碳和含氮物种。如果这些物种处于我们检测到的水平,则表明大气中的碳比氧气丰富。我们首次使用了这六个化学物种,以缩小其原行星盘最初形成的位置。”

      “如果行星处于水蒸气的凝结线内,那么就不可能在如此富含碳的大气层中形成行星。在这个星球非常热的温度(1,500K)下,如果大气中所有元素的含量与母恒星中的比例相同,则氧气的含量应比碳多两倍,并且主要与氢结合形成水或与碳成键。形成一氧化碳。我们的发现有很大不同,这与目前的理解一致,即像HD 209458b这样的炽热木星远离其当前位置而形成。”

      使用行星形成模型,天文学家将HD 209458b的化学指纹与他们希望看到的那种类型的行星进行了比较。

      太阳系是从围绕恒星的物质圆盘开始生命的,该物质圆盘聚集在一起形成行星的实心,然后再吸收气态物质以形成大气层。靠近更热的恒星,很大一部分的氧气保留在大气中的水蒸气中。再往外走,随着温度降低,水凝结成冰,并被锁定在行星的核心中,从而留下了一种由碳和氮基分子组成的更重的大气层。因此,预计绕太阳运行的行星的大气层将富含氧气而不是碳。

      HD 209458b是第一个使用凌日方法识别的系外行星,方法是观察它在恒星前经过时是否对其进行观测。它一直是许多研究的主题,但这是第一次在其大气中测量六个单独的分子以创建详细的“化学指纹”。

      沃里克大学团队的Matteo Brogi博士补充说:“通过扩大这些观察范围,我们将能够根据形成的位置和早期的演化来告诉我们我们所处行星的类别。非常重要的是,我们不要像以前经常做的那样,在假设只有几个分子种类对确定这些行星的光谱很重要的假设下工作。当我们继续在适于维持生命的条件下在行星上测试该技术时,检测尽可能多的分子将很有用,因为我们将需要拥有可以检测到的完整化学物种组合。”

      意大利国家天体物理研究所(INAF)研究员,论文的主要作者Paolo Giacobbe说:“如果这一发现是新颖的,那么它将始于‘一开始就只有水……’,因为绝大多数近红外观测对系外行星大气的推断是基于水蒸气的存在(或不存在),水蒸气在光谱的这一区域占主导地位。我们自问:理论上期望的所有其他物种真的有可能没有留下任何可测量的痕迹吗?由于我们在改进分析技术方面的努力,发现有可能检测到它们,为探索提供了新的视野。”

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