在系外行星遗迹中发现了前所未见的岩石 有着不同寻常比例

    来源: 赢家娱乐

      天文学家在被垂死的宿主恒星撕裂的外星世界遗迹中发现了前所未见的岩石类型,由不同寻常比例的矿物质组成。这项研究表明,这种系外行星是由比以前想象的更广泛的材料构成的。

      在这项新研究中,研究人员观察了距太阳 650 光年内的23颗白矮星——已死亡的低质量和中等质量恒星的小而密集的残骸。当这些恒星死亡并转变为白矮星时,它们撕裂了它们在轨道上运行的系外行星。因此,这些白矮星的大气层包含来自它们摧毁的外星世界的内脏。研究人员通过分析恒星发出的光,计算出白矮星大气中不同元素的比例;然后,他们计算了最有可能形成被抹杀的外星世界的矿物组成。

      研究人员发现,只有一颗白矮星含有与地球地质构成相似的系外行星残骸。在其余的死星中,研究人员发现了由外星岩石构成的系外行星的残骸,这些外星行星在我们的星球或太阳系的其他地方从未见过。这些岩石与科学界已知的岩石大不相同,以至于研究人员甚至不得不创建全新的名称来对它们进行分类。

      “虽然一些曾经围绕白矮星运行的系外行星看起来与地球相似,但大多数都有我们太阳系以外的岩石类型,”主要作者、亚利桑那州国家光学-红外天文学研究实验室(NOIRLab)的天文学家徐思怡在一份声明中说。“他们在太阳系中没有直接的对手。”

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      系外行星遗迹

      当主序列恒星,如太阳,耗尽燃料燃烧并开始膨胀成红巨星,然后在自身重量下坍缩成超浓缩和冷却的恒星核心时,白矮星就形成了。在这个过程中,这些垂死的恒星释放出一团过热气体,吞没了围绕它们运行的行星。

      一些系外行星可以承受这种宇宙弹幕,但大多数会被撞出轨道,随后被白矮星强大的引力场撕裂。这被称为潮汐扰动;一旦行星被撕裂,白矮星就会在一个被称为吸积的过程中将行星残骸向内拉。

      通常,白矮星的大气只包含氢和氦,因为任何较重的元素都会沉入恒星的超高密度核心。因此,当恒星发出的光表明存在其他较重的元素时,研究人员假设这些元素一定来自系外行星的吸积。

      科学家们估计,大约 25% 的白矮星包含死亡的系外行星的残骸,或者是所谓的受污染的白矮星。这些系外行星墓地已成为天文学家研究的热门话题,因为科学家可以使用它们来推断曾经环绕它们的天体的属性。

      重建岩石类型

      在这项新研究中,研究人员将重点放在污染的白矮星上,这些白矮星已经有了精确的测量数据,显示了它们大气中镁、钙、硅和铁的比例。天文学家认为这些元素在系外行星的核心和地幔中很常见,这些元素构成了外地壳以下行星的大部分。通过计算这些元素的比例,科学家们可以对构成行星岩石内脏的矿物质进行逆向工程。

      合著者、加州州立大学的地质学家基思·普蒂尔卡在接受《生活科学》采访时表示:为了做到这一点,研究人员使用了一套计算方法,这些方法以前在用类似数据对地球上的岩石进行分类时效果非常好。

      “然而,结果显示,构成这些系外行星的大部分矿物令人惊讶与他们预期的非常不同。”普蒂尔卡说。

      “在地球上,地幔中的岩石主要由三种矿物组成,橄榄石、斜方辉石和单斜辉石。”普蒂尔卡说。但他补充说:“大多数受污染的白矮星中元素的比例表明,其中一些矿物质不太可能形成。”

      普蒂尔卡说:“取而代之的是,由富含镁的方镁石和石英(一种由二氧化硅制成的结晶矿物)的不同配方组成的其他矿物质将会形成,这与太阳系其他内行星中预测的不同。这与过去的假设背道而驰,即系外行星将与我们在太阳系中看到的更相似。”

      这些矿物与我们所知道的非常不同,研究人员不得不为它们命名新名称,包括“石英辉石岩”和“方镁石”。然而,目前尚不清楚这些白矮星中究竟存在多少新矿物。普蒂尔卡说:“需要进行新的实验以充分了解新成分的矿物学”。

    一位艺术家对可能的系外行星的解释.jpg

      内部与外部

      过去,对被污染的白矮星大气的研究集中在系外行星是否可能有像地球一样的大陆地壳。科学家认为,大陆地壳对于维持行星上的生命至关重要,因为它为进化的发生提供了稳定的结构。因此,系外行星有硬壳的可能性可以回答关于外星生命的可能性或找到类似地球的系外行星的可能性的问题。

      在二月份发表在《自然天文学》杂志上的一篇论文中,研究人员声称在受污染的白矮星的大气中发现了类似地球的大陆地壳的证据。与最新研究一样,这篇论文指出,系外行星的大部分成分与地球不同。但该研究的作者并没有关注行星整体成分之间的差异,而是关注一组特定的元素,作为得出大陆地壳存在结论的证据。

      然而,新论文的作者并不相信。“我们不同意他们的鉴定是大陆地壳的有效例子。”普蒂尔卡说。“他们的假设过于依赖铝和锂等单个元素的存在,而对它们来自的矿物的依赖还不够。”

      研究人员还认为,甚至可能无法在受污染的白矮星内探测到大陆地壳,因为它们只占系外行星质量的一小部分。“地壳不到其总质量的 0.5%。”普蒂尔卡说。“如果行星被大量同化到白矮星大气中,就不可能看到地壳成分。”

      但这并不意味着在系外行星中寻找大陆地壳没有希望。相反,研究人员认为,更多地了解行星地幔中的矿物质可以告诉他们更多关于这些世界可能支持地壳甚至板块构造的可能性,板块构造是大陆地壳的重叠部分,它们相互移动和碰撞,导致地震和火山活动。

      “如果我们有一个不含橄榄石但含有石英的地幔,或者一个不含斜方辉石但含有方镁石的地幔,其热力学和物理性质可能会有很大不同,可能会影响地壳的类型、厚度和范围,”普蒂尔卡说。“需要新的实验来真正了解可能存在的地质历史种类。”

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