哈勃首次探测到超级地球的大气

[ 录入者:gohomeman1 | 时间:2016-02-26 21:07:56 | 作者:gohomeman1 译 | 来源:哈勃欧洲信息中心 | 浏览:2317次 ]

原文标题:First Detection of Super-Earth Atmosphere

原文作者:Angelos Tsiaras,Giovanna Tinetti,Olivia Venot;Mathias Jäger,Anita Heward,Rebecca Caygill

来自:哈勃欧洲信息中心; 发表时间:2016.2.16

翻译:gohomeman1  审校:数星星的猫(编译版权所有,未经许可请勿转载)

2016.2.16:天文学家首次拥有了分析超级地球类系外行星大气层的能力。借助哈勃太空望远镜的精细观测和新的分析技术,科学家发现巨蟹座55 e行星的大气,主要由氢和氦组成,完全没有水蒸气。本研究结果将发表在最新一期的《天体物理学报》上。

巨蟹座55的系统示意图,黑圈是其行星轨道,行星e轨道在最内圈,未标记。蓝色表示太阳系的轨道,从内到外依次为水星、金星和地球。版权:NASA,ESA,研究者团队,下同。

由英国伦敦学院大学(UCL,注1)的科学家为主导的国际团队,对邻近的系外行星巨蟹座55 e(55 Cancri e)进行了观测。巨蟹座55星本身是双星,主星55A是颗黄矮星(双星子星以大写AB区分),比太阳稍小而暗,离地球约40光年。行星e在该行星系统中第4个被发现(行星以小写编号,发现的第1个为b,与离母恒星的距离无关,译注),质量约为8个地球,属于超级地球类(注2)。

借助美国宇航局(NASA)和欧洲空间局(ESA)合作的哈勃太空望远镜(HST)上的第三代广域相机(WFC3),科学家得以分析巨蟹座55 e的大气性质(因双星系统的55B是颗红矮星,距离很远,迄今未发现有行星,所以该系统当前还不需要对恒星区分AB,译注)。这使得它成为首个进行大气分析的超级地球类系外行星,团队详细检验了其大气成分,发现存在氢H和氦He,但没有水蒸气H2O。运用了近期新开发的处理技术后,这种分析才得以实施。

UCL博士研究生Angelos Tsiaras和同事Ingo Waldmann 、Marco Rocchetto一起设计发展了分析技术,他解释说:“这项成果很是激动人心,因为我们首次能够探测超级地球类大气的光谱特征,显示其存在的气体种类。对巨蟹座55 e的大气分析表明,行星尽力保留了巨量的氢和氦,这些气体(只能)来自其诞生的原始星云。”

巨蟹座55A与55e的示意图,大图:41MB

像巨蟹座55 e这样的超级地球类,据信是银河系中最普遍的系外行星种类。它们之所以被称为“超级地球”(super-Earth),是因为它们的质量比地球大,但比起太阳系中真正的气态巨行星,还差得远。哈勃的WFC3此前已经观测了2个超级地球类的大气,但在那些研究中,没有发现有价值的特征光谱(注3)。

不过嘛,巨蟹座55 e确实是非同寻常的超级地球类,因为它离母恒星极近。它的“一年”只有18个小时,行星表面在恒星炙烤下高达2000℃。因为离母恒星如此之近,团队能够通过新技术,分析行星通过母恒星前时的吸收光谱,从而获得信息。

WFC3的观测被设定为极快地扫描恒星表面,以创建一系列的光谱。通过光谱比较和软件的分析计算,研究者能够从母恒星的光谱中恢复出巨蟹座55 e的微弱光谱。

研报插图,大气的光谱模型分析。红色代表只有H、He,绿色是C/O比=1.1的模型,竖条线为WFC3的实际观测数据,棕色为最佳拟合效果。

队成员、同样来自UCL的Giovanna Tinetti继续解释:“分析结果让我们得以首次观测一颗超级地球类系外行星的大气。我们现在有了它当前情况和其可能的形成、演化路径的线索,这对巨蟹座55 e和更多的超级地球都具有重要意义。”

有趣的是,光谱数据显示大气中存在氰化氢HCN,这意味着行星富含碳C(HCN是强还原性的,如果大气中富含氧O,早就被氧化分解掉了。只有氧都被结合为CO,HCN才能稳定存在,译注)。

比利时鲁汶大学的Olivia Venot开发了巨蟹座55 e的大气软件模型,以支持观测数据的分析,他补充道:“大气中存在HCN,意味着大气中碳相对于氧,要丰富得多。”

团队成员、UCL的Jonathan Tennyson总结道:“假如几年后下一代红外望远镜的观测确认了它存在HCN和其他分子的话,那就证明该行星富含碳的假说是正确的。这真是一个奇异的世界,它虽然富含金刚石,但是HCN气体和氢氰酸都是剧毒的,看来我还是不去那里吧!”

研究结果由Tsiaras归结为研究报告:“探测到超级地球类行星巨蟹座55 e的大气”,将发表在最新一期的《天体物理学报》上。

巨蟹座55e的表面温度比炼钢炉还高,绝对炼狱。就算富含钻石,也难以开采。大图:75MB

附注

1、英国伦敦学院大学(University College London,UCL)始建于1826年,是英国首批综合性大学,仅次于牛津、剑桥两座名校。它是首家开放性大学,为那些以前被(牛津剑桥)排除在外的人提供了受教机会,首家提供系统性的法律、建筑和医学教育。按照国际公认的绩效排名表,UCL位列世界顶尖名校之列。当前,UCL拥有来自150多个国家地区的3.5万学生,拥有1.1万名教职员(广告结束)。

2、巨蟹座55 e此前曾被称为 “钻石行星”,因为根据模型分析的质量和半径推算其密度,它应该富含碳C。而行星中大量的C将以金刚石的形态存在。

3、2014年,哈勃通过凌星法观测了超级地球类系外行星GJ 1214b和HD97658b。观测并没有发现任何特征光谱,说明其大气中布满由比氢氦重得多的原子构成的密云。详见http://www.astron.ac.cn/bencandy-3-10208-1.htm

Tags:巨蟹座55 超级地球 大气

责任编辑:gohomeman1

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