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天文学家第一次在系外行星上发现氦

2020-02-17 09:09:12来源:

处女座星座中一颗大而蓬松的行星绕着一颗明亮而明亮的恒星运行,正在将氦泄漏到太空中。经过十多年的搜寻,这是天文学家第一次在太阳系以外的行星上发现该元素。

英国埃克塞特大学的系外行星天文学家杰西卡·斯帕克(Jessica Spake)说,可能存在许多类似的行星,因此这项工作为探索笼罩遥远世界的大气层提供了新的可能性。她和她的同事们在Nature1中描述了今天的发现。

氦是仅次于氢的第二大最丰富的元素。它在木星和土星等气体巨型行星中也很常见,理论家预测它应该在系外行星大气中可以检测到。马萨诸塞州剑桥市哈佛大学的系外行星天文学家劳拉·克雷德伯格(Laura Kreidberg)说:“很高兴第一次看到氦气。”

看到(近红外)光

科学家意外地发现了这种元素。他们一直在一个名为WASP-107b4的巨大气体行星的大气中寻找甲烷,该行星距地球约60秒差距。它大约是木星的大小,但仅为木星质量的八分之一,使其成为已知的密度最低的系外行星之一。没有很多引力来保持其大气小而紧凑,行星气体可以向太空延伸数万公里。

Spake和她的同事于2017年5月使用哈勃太空望远镜进行了七个小时的观测,捕获了行星在恒星表面移动时的观测资料。他们下载数据后,立即在1.08微米的近红外波长处看到了星光光谱的巨大峰值。起初,斯帕克对可能代表的化学元素或化合物感到困惑,最终得出结论认为它一定是氦。

峰值是由特殊的“不稳定”类型的氦引起的,氦是一种高能但长寿命的状态,因为恒星辐射撞击了行星大气。在2000年,天文学家预测5亚稳氦应出现在某些行星大气中,但在HD 209458b行星上对它的搜索(2003年报道)却空了6。在那之后,斯派克说,寻找氦气是“过时的”?

有了WASP-107b,她很幸运。很难以正常形式发现氦气,但是浮肿的大气层和靠近明亮恒星的轨道的WASP-107b组合使恒星辐射将氦气转变为亚稳态,这更容易检测。Spake说:“这是一次非常快乐的事故。”

凝视着气体

由于氦信号出现在地球大气层不吸收的红外波长处,因此可以通过地面望远镜和卫星进行研究。剑桥麻省理工学院天体物理学家和行星科学家萨拉·西格(Sara Seager)说:“他的观察将为系外行星研究的新领域打开闸门,” 2000年预测的作者。

加利福尼亚州帕萨迪纳市喷气推进实验室的系外行星天文学家蒂法尼·卡塔里亚(Tiffany Kataria)说,WASP-107b只是第四个系外行星,并且是同类中的第一个,具有逃逸的大气。恒星辐射是如此强大,以至于模型表明行星大气实际上每年都在逐渐侵蚀,也许形成了像彗星一样的氦尾。卡塔里亚说,研究WASP-107b和类似的行星可以帮助揭示它们的大气层消失的方式和原因。她补充说,这对于小型系外行星尤为重要,“其中一些可能具有更坚固的大气层,但随着时间的流逝而消失了”。

这些年来等待她的预测得到证实之后,西格很高兴它终于实现了。她说:“泪水没想到会花这么长时间。”