哈勃为超级系外行星带来新线索

[ 录入者:Melipal | 时间:2016-03-13 17:20:01 | 作者:Melipal 译 | 来源:Sky & Telescope | 浏览:1703次 ]

原文标题:Hubble Sheds Light on Super Exoplanets

作者:Monica Young   原文来自:SkyandTelescope.com   Posted: 2016. 2. 25

编译:Melipal   审校:Linq (编译版权所有,未经许可请勿转载。)

哈勃空间望远镜的新观测正在帮助人们为奇异的系外行星大气定性。

理论称,超级地球巨蟹55e在内部拥有碳元素的结晶,这为它带来了“钻石行星”这个绰号。理论还称,在年轻炽热的超级木星2M1207上,降雨可能是由蒸发的岩石组成的,其中的硅酸盐颗粒小如香烟粒子。在这颗行星的大气更深处,降雨可能会变为铁元素组成的雨夹雪。

这张插图描绘了一颗质量4倍于木星的系外行星,它在50亿英里之外环绕主星——一颗名为褐矮星的失败恒星运行。点击查看背景星的标识 图片提供:NASA / ESA / G. Bacon (STScI)

天文学家是根据很少的信息得出这些结论的。这些信息包括质量、半径,幸运的话还有平均密度,它们是在系外行星从主星前方通过,或是拖曳着主星往复运动时得到的。不过使用哈勃空间望远镜的红外照相机进行的两项新研究让这些奇特理论的观测根基更为稳固。

钻石行星

当然,巨蟹55e并不是真的由钻石构成的,而且哪怕我们能够抵达那里,我们也无法进行开采。这颗致密得反常的系外行星质量相当于地球的8倍,半径是地球的两倍,环绕着40光年外的一颗主星运行。然而这颗行星的密度非常高,除非其表面也被海洋覆盖,否则无法像地球这样拥有由硅酸盐组成的内部。而一颗处在密近轨道(周期不到1天)上的行星地表温度是沸腾的2000开尔文(3100华氏度),水分必须要处在超临界状态才能保持液态。

因此某些理论家采取了不太地球中心主义的观点,提出碳元素(以及它可以构成的致密结构)而非富氧的硅酸盐可能占据该行星化学成分的主导。

新的观测正在证实这一观点。来自伦敦学院大学的安吉洛斯·齐亚拉斯(Angelos Tsiaras)及其小组使用哈勃的宽视场照相机3将该行星发出的红外辐射分解为光谱。虽然光谱噪声很强而且很粗糙,但清晰地说明,巨蟹55e的大气必然主要是由氢和氦元素组成的。

如这张艺术插图所示,巨蟹55e在密近轨道上环绕着一颗类太阳恒星运行。图片提供:ESA / Hubble / M. Kornmesser

小组还发现了氢氰酸(HCN,又名普鲁士酸)存在的诱人证据。这种分子只会在富碳的环境中占据主导。不过为了证实这一点,我们要等待詹姆斯·韦布空间望远镜等未来望远镜的升空。而且小组并没有找到水蒸汽的踪迹,而如果这颗行星遍布氧元素,这种成分会轻松形成其上。

这是第一次成功测量到了超级地球的大气组分。根据开普勒望远镜的数据,超级地球是银河系中最常见的行星种类之一,但在太阳系中并不存在同类天体。浓厚的云层可能阻碍了先前对其他两颗超级地球GJ 1214b与HD 97658b的大气测量。

年轻的高温超级木星

在距离巨蟹55e不太远处,存在着一颗名叫2M1207b的超级木星。不过这只是天空中的巧合,后者距离巨蟹55e地球都有170光年。这颗气体巨行星在大约40天文单位之外环绕着一颗褐矮星主星运行,这一距离相当于冥王星和太阳的平均间距。

图中左侧是褐矮星2M1207。将它的辐射扣除,可见隐匿在其辉光下的系外超级木星。图片提供:NASA / ESA / and Y. Zhou

虽然这颗行星的质量约合木星的4倍,但它的年龄只有木星的一小部分,尚处年幼的1000万年,因此它仍旧在收缩并辐射着热量。10年前,当哈勃空间望远镜第一次拍摄这颗行星时,人们发现它的云层顶部温度飙升到了1500开尔文(2200华氏度)以上。这一条件让理论家提出,岩石与铁水之雨可能会在这颗行星的大气中形成。(在今后的数十亿年里,行星会度过炎热的青春期并冷却下来,这样的奇异天气也会随之消失。)

虽然我们现在还要等上一阵子才能观测到这颗行星的天气模式,但研究者已经朝向更好地了解它的大气迈出了第一步。来自亚利桑那大学的Yifan Zhou及其小组再次使用哈勃,花费了超过8个小时的时间,利用名为自转测绘(rotational mapping)的方法观测了这颗行星地表的旋转。

超级木星2M1207b的红外亮度在行星自转期间会发生略微变化。上图的观测覆盖了8个小时多一点的时间段,足以捕获行星10到12小时自转周期的一大半。图片提供:NASA / ESA / Y. Zhou / P. Jeffries

虽然他们的观测时间还不够长,不足以覆盖完整的轨道周期,但足以将自转周期敲定在10到12小时左右,大致与木星相当。与他们对质量更大的褐矮星所进行的研究类似,未来的观测可能会探索大气的更深处,揭示出云层结构和演化。

(全文完)

Tags:系外行星

责任编辑:Melipal

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