中外学者最新研究揭示一颗地外气体巨行星的终极命运

[ 录入者:linq | 时间:2010-02-25 18:51:56 | 作者: | 来源:国家天文台网站 | 浏览:2132次 ]

图解:WASP-12行星 系 统。WASP-12b用图中紫色表示。WASP-12b周围的 浅紫色过渡区域表示它的 大气。这颗气体巨行星 的 轨道并不是圆形轨道。这暗示了该系 统应有一个还未探测到的 质量较小的 行星 (用深棕色表示)在扰动行星 WASP-12b的 轨道。从WASP-12b流出的 质量在中央恒星 周围形成一个盘,如图中红色区域所示。

2月25日出版的 Nature杂志(Vol. 463, No. 7284)发表了一项由中外天文学家共同完成的 研究成果。一颗太阳系 外行星 WASP-12b由于受到中央恒星 引力的 影响,以大约每秒60亿吨的 速度在向中央恒星 流失质量,这是天文学家第一次见证了一颗行星 的 瓦解和死亡的 进程。这项研究发现的 主要工作是在新成立的 北京大学科维理天文与天体物理研究所完成的 。

15年前,我们的 太阳系 为人们所知的 唯一一个行星 系 统。迄今为止,天文学家已经在其它恒星 周围发现了400多颗行星 。由于观测上的 选择效应,大多数太阳系 外行星 是更容易被发现的 、质量与木星 差不多的 气体巨行星 。然而,与我们太阳系 里的 木星 和土星 不同,这些太阳系 外行星 中20%是轨道距离中央恒星 较近的 短周期行星 。其中一些行星 会在“地球”与它们的 中央恒星 之间穿行,并对它们的 中央恒星 造成掩食。通过精确地测量掩食时行星 所遮挡的 中央恒星 的 光度和掩食时间,天文学家可以测得行星 的 大小,从而进一步了解行星 的 内部组成和形成原理。

行星 WASP-12b作为一颗特殊的 行星 使得天文学家感到很疑惑:它的 半径远远大于天文学家理论计算所预测到的 数值。这颗行星 的 质量比我们太阳系 里质量最大的 行星 —木星 要大50%。尽管理论模型预言这颗行星 应该具有与木星 一样的 大小,但它实际的 大小要比木星 大将近80%(体积比木星 大6倍)。因此,一定有某种机制使得这颗行星 有如此膨胀的 结构。

WASP-12b 平均一天就围绕它的 中央恒星 一周。它与中央恒星 的 距离不到地球与太阳距离的 1/40。这么小的 距离使得WASP-12b为目前所知的 被中央恒星 加热强度最大的 行星 之一。它面向中央恒星 那一面的 温度有2500多度。

地球与月亮之间的 潮汐力引起了地球上一天两次的 潮起潮落。而WASP-12b距离中央恒星 非常之近,因而中央恒星 施加在WASP-12b上巨大的 潮汐力使得这颗行星 由球状变成了接近橄榄球的 形状。

这颗行星 的 持续变形在行星 内部产生摩擦力,并加热行星 内部。北京大学科维理天文与天体物理研究所所长林潮教授说:“这是第一次有直接证据证明行星 内部加热(或称为‘潮汐加热’)能够使得行星 膨胀至目前的 大小”。

北京大学科维理天文与天体物理研究所研究小组的 工作表明:行星 WASP-12b受到的 潮汐力和膨胀的 半径使得这颗行星 的 质量向中央恒星 流失。

NATURE文章的 第一作者李抒璘,目前就职于中国科学院国家天文台,她在北京大学攻读博士学位期间完成了该研究的 主要工作。她说:“WASP-12b以约每秒60亿吨的 速率向中央恒星 流失质量。以这个速率,这颗行星 将在一千万年里被中央恒星 完全吞噬”。她补充道:“这个听起来似乎是一个很长的 时间,但是对于天文学家来说,这个时间很短。这意味着这颗行星 的 寿命仅为地球目前的 年龄的 1/450”。

从行星 WASP-12b流失的 质量并不是直接掉入中央恒星 ,而是形成一个围绕中央恒星 的 盘,盘旋着缓慢流入。对WASP-12b轨道运动的 深入分析表明,该系 统可能还有一颗质量较小的 类地行星 在扰动该行星 的 轨道。

以目前的 观测条件,由行星 物质组成的 盘,以及该系 统中的 类地行星 均可能被探测到。它们的 性质能够进一步揭开这颗行星 WASP-12b的 神秘面纱。

作者介绍:

李抒璘,毕业于北京大学科维理天文与天体物理研究所,现工作于中国科学院国家天文台;

林潮,北京大学科维理天文与天体物理研究所所长,美国加州大学圣克鲁斯分校天文系 教授;

Jonathan Fortney,美国加州大学圣克鲁斯分校天文系 教授;

Neil Miller,美国加州大学圣克鲁斯分校天文系 研究生。

Tags:行星

责任编辑:linq

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