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在劫难逃!这颗球状行星正在流失重金属

 9tx22v工人 2020-03-30

这颗热木星距离它的主星太近了,万有引力把它挤压成了足球一样的形状。不仅如此,它的温度也是如此极端之高,重金属气体正时刻从这颗系外行星的大气层逃逸到太空中——这是迄今为止从未见过的现象。

发表在《天文在线》上的一项新研究表示,铁和镁气体正在从WASP-121b(一颗“热木星”,距离地球约880光年)的大气层中逃逸。

WASP-121b效果图

WASP-121b的质量大约是木星的1.8倍,它离其主恒星非常近,完成一次公转只需1.275地球日。如此之近的距离使得两者之间的引力大得可怕,这颗行星几乎处于被撕裂的边缘。这毫不夸张——它正处于危机之中,很有可能将要经历一场毁灭性的潮汐活动,那时这颗行星将会坍塌。因此,这颗星球被扭曲成了足球状。

WASP-121b效果图

这项新研究的主导者、巴尔的摩约翰霍普金斯大学(Johns Hopkins University)的天文学家戴维·辛(David Sing)告诉天文在线网站,“最简单的理解方法就是类比我们地球上因月球引力产生的潮汐现象。在我们的星球上,月球引力会拉动海水,所以最靠近月球的海水向月球凸出,这就是涨潮。同样地,地球另一侧所受到的引力最弱,海水受到的拉力很小,也会产生一个凸起。这样,海陆系统被扭曲,就会形成有点像足球的形状。”

WASP-121b效果图

WASP-121b行星上正在发生着相似的事情——但是规模更大。戴维·辛说,这颗行星上距离主恒星最近之处大概要比正常时大10%。

同时,主恒星发射出的强射线把WASP-121b的外层大气加热到了超过2,200开尔文(约为3,500华氏度)。这一研究表明,这颗行星已经热到大气中的水分子被撕裂的程度。

WASP 121b计算机模拟图

戴维·辛和他的同事们在新研究中发现,由于WASP-121b的上层大气温度过高,重金属气体正在从这颗星球流失。这项新研究首次对该现象进行了演示,铁和镁从低层大气流动到上层大气,而由于上层大气温度过高,金属都以气态形式存在,而后重金属气体附着在较轻的氢气和氦气上,从而逃逸到太空中。

戴维·辛告诉天文在线网站:“人类以前曾在系外行星上发现过重金属,我们也知道它们曾从大气中逸出,然而,大多数预测模型并没有考虑到这些重金属,这次在如此高空发现这些重金属是一个很大的惊喜。”

戴维·辛和他的同事们使用哈勃太空望远镜上的成像光谱仪进行了观察。当这颗系外行星从它的主恒星前面(相对地球视角)经过时,研究人员探测到了近紫外线下的镁和铁的光谱。考虑到WASP-121b上的极端条件,科学家们花费了很大功夫分析重金属气体是否真的有可能逃逸。

“我们认为我们有机会看到重金属元素逃逸。这颗星球温度非常高,而且适宜观测,这是发现重金属存在的最佳机会”,戴维·辛在一次哈勃新闻发布会上指出,“我们主要是在寻找镁,但在其他系外行星的大气中也有铁元素的迹象,”他对此还补充道,“重金属正在逃逸,一定程度上是因为这颗行星太'大’太'臃肿’,以至于其引力相对较弱,因此这颗行星的大气层正在被剥离。”

在分析过程中,戴维·辛及其同事们必须确保收集的数据没有被主恒星干扰。幸运的是,他们获得了NASA TESS(一项行星搜寻任务)的数据,戴维·辛告诉天文在线网站说,这“让我们很大地压缩了恒星的活跃程度范围,帮助我们排除了恒星活动可能干扰信号的可能性”。

至于WASP-121b的命运,戴维·辛说它在劫难逃;最终,这颗热木星将被它的主恒星撕成碎片。

戴维·辛说:“目前的估计是在未来大约1000万年左右这颗行星会毁灭,这在天文学术语中并不是很长的时间。在未来的十年里,天文学家们希望能够活跃探测到这颗行星的轨道缓慢收缩,到那时我们就能更好地了解它的真正命运。”

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