数据揭示了海王星热气中分子吸收的证据

一个国际科学家团队最近测量了一种罕见的热海王星系外行星的大气光谱,NASA的过境系外行星测量卫星(TESS)于上个月宣布了这一发现。

这项发现是利用现已退役的NASA Spitzer太空望远镜提供的数据进行的,该望远镜使宇宙具有独特的红外视图,可以观察光学望远镜隐藏的太空区域。

NASA TESS任务的主要目标之一是寻找新的小型行星,这些行星将成为大气特征的理想目标。在执行任务的早期,它发现了LTT9779b,这是一颗绕太阳般运行的恒星运行的行星,距地球260光年。这个行星比海王星大一点,其轨道非常接近恒星。该行星位于“热海王星沙漠”中,那里不应该存在行星。实际上,最接近的热系外行星要么是具有木星或土星大小的气体巨人,它们就具有足够的质量以利用其高重力来抵抗恒星造成的蒸发,从而保留了大部分大气,或者是小型的岩石系外行星,它们失去了大气以很久以前的明星。

“这颗超热的海王星是一颗'中型'系外行星,它的轨道非常靠近恒星(完成一个轨道仅需19个小时),但是它的低密度表明它的大气层至少占恒星的10%。行星质量”,新墨西哥大学物理与天文学助理教授戴安娜·德拉戈米尔(Diana Dragomir)解释说,他领导了这项工作,涉及25多个机构。

这位艺术家的印象是LTT9779b靠近它运行的恒星,并突出了该行星白天的超高温(2000开尔文)和非常烘烤的夜晚(约1000 K)。图片提供:堪萨斯大学的Ethen Schmidt

该系统的年龄是20亿年。在这样高的温度下,行星的大气应该早在系统生命早期就已经蒸发了。“热海王星很罕见,在如此极端的环境中很难解释,因为它的质量还不足以支撑很长时间,因此它是如何处理的?LTT9779b让我们挠头了,但它具有大气层的事实为我们提供了一种罕见的方法来研究这种类型的行星,因此我们决定用另一台望远镜对其进行探测。”

为了研究其大气成分并进一步阐明其起源,科学家使用热海王星的斯必泽红外阵列照相机(IRAC)获得了次月食观测。Spitzer的观测结果证实了大气层的存在,并能够测量出行星的非常高的温度,大约为2000开氏温度(约3,000华氏度)。“这是我们第一次测量了不该存在的行星发出的光!” 德拉戈米尔说。

将Spitzer观测结果与TESS带通中的次食测量结果结合起来之后,科学家们研究了由此产生的发射光谱,并确定了地球大气中分子吸收的证据,他们认为这可能是由于一氧化碳所致。在热的大行星(热的木星)的大气层中,这种分子并不是意料之外的,但是在热的海王星中发现它可能提供有关这颗行星的起源以及如何保持其大气的线索。该结果构成了TESS发现的系外行星中大气特征的首次检测,也是超高温海王星的首次检测。

德拉戈米尔说:“如果像LTT9779b那样,地球周围有很多大气层,那么您可以更轻松地研究它。” “更小的气氛将很难观察到。” 结果表明,LTT9779b是NASA即将推出的James Webb太空望远镜(JWST)进行额外表征的绝佳目标,该望远镜还可以验证观察到的分子吸收是否确实是由于一氧化碳引起的。

这位画家的印象表明LTT9779b正在其绕行的恒星中飞行。这次过境短暂地阻挡了恒星相当一部分的光,这也是NASA的TESS任务首次发现该行星的方式。图片来源:堪萨斯大学Ethen Schmidt

在堪萨斯大学助理教授伊恩·克罗斯菲尔德(Ian Crossfield)的带领下,一篇伴随论文还发现了迹象,表明该行星大气中的重元素含量高于预期。这还很有趣,因为太阳系中两个大小相似的行星海王星和天王星主要由轻元素组成,例如氢和氦。

“ LTT9779是这些超级令人兴奋的目标之一,对于我们了解热海王星来说,这是非常罕见的宝石。我们相信我们在其大气层中检测到一氧化碳,并且永久的白天非常热,而很少的热量被输送到夜晚。蒙特利尔大学教授兼系外行星研究所(iREx)成员比约恩·本内克(BjörnBenneke)​​说。“两个发现都使LTT9779b发出一个非常强烈的信号,需要观察到的信号使该行星成为将来用JWST进行详细表征的非常有趣的目标。”

总之,这些结果为在这片海王星沙漠中发现的更大的系外行星样本进行类似研究奠定了基础,这是揭示这种独特的系外行星种群起源的关键。

Spitzer揭示了热海王星LTT 9779b大气中分子吸收的证据,该研究发表在《天体物理学杂志快报》上。

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