首次发现“超热海王星”围绕太阳一样恒星运行

一个新的系外行星发现尚属首次,它位于一个奇怪的“缝隙”中,离它的恒星非常近,它是一个海王星大小的天体,每19小时绕其恒星一圈。

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从来没有发现过海王星大小的系外行星,其轨道周期不到一天。通常,离恒星如此近的系外行星要么是被称为超热木星的气体巨星,要么是被称为超短周期行星的较小的岩石行星,如地球、水星、火星和金星。由这个唯一成员代表的新类行星被称为“超热海王星”。

奇怪的是,它的性质表明系外行星的密度与海王星相似,大气层至少占行星质量的9%。这就提出了一个问题,即大气层如何在其恒星的灼热中不蒸发?

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智利大学的天文学家詹姆士·詹金斯说:“行星存在于被称为‘海王星沙漠’的地方,当我们观察行星质量和规模时,在该地区没有发现其他行星。”

“尽管冰冷的巨星似乎是行星形成过程的相当普遍的副产物,但事实并非如此,它们离恒星非常近。我们相信,这些行星会在宇宙时间内被剥夺大气层,最终被称为超-短期行星。”

名为LTT 9779b的行星绕着260光年远的LTT 9779恒星运行。这颗恒星与我们的太阳非常相似,其大小和质量大致相同,但温度略低。但是,它比太阳的46亿年年轻20亿年,因此具有更高的金属含量,是太阳铁的两倍。

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LTT 9779b绕这颗恒星的轨道很小,在半长轴处只有250万公里。这大约是地球与太阳之间距离的1.6%。在那个近距离处,系外行星将被加热到超过1,970开氏温度(大约1,700摄氏度或3,100华氏度)。

使用两种主要技术来测量系外行星。传输数据——当系外行星在其前方通过时,恒星的光线会变暗多少——可用于计算其大小。径向速度数据可以用来计算质量,该速度数据是恒星因系外行星的引力而稍稍晃动的程度。

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有了这些数据,研究人员计算出LTT 9779b大约是地球质量的29.32倍,是地球大小的4.72倍。相比之下,海王星是地球质量的17.1倍,是地球大小的3.88倍。

由于密度可以用来推断行星组成成分,LTT 9779b的特性表明它有一个类似于海王星的组成—— 一个大的岩石核心和大量的大气。科学家说,这其中隐藏着问题。大气应该通过一个叫做光离化的过程被烧焦了。

由于密度可以用来推断组成,因此LTT 9779b的特性表明它具有与海王星相似的组成-大的岩心和充裕的大气。科学家说,问题就在这里。该大气应该通过称为光蒸发的过程被烧焦。

“年轻的母恒星发出的强烈的X射线和紫外线会加热行星的高层大气,并且应该将大气中的气体驱入太空。”英国沃里克大学的天文学家乔治·金说,“光蒸发应该导致裸露的岩石或气体巨星。这意味着我们不得不尝试一些新的和不寻常的东西来解释这个星球的历史。”

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这颗恒星的金属性可能是一个线索——与金属贫乏的近亲相比,这类恒星更有可能携带巨大的系外行星。LTT 9779b可能是天然气巨头和短周期岩石行星之间很少见的中间步骤。

“行星结构模型告诉我们,这颗行星是一个由巨核控制的世界,但至关重要的是,应该存在两到三个地球质量的大气气体。但是,如果这颗恒星这么老,为什么根本不存在任何大气呢?”詹金斯说,“好吧,如果LTT 9779b以气体巨星的身份开始演化,那么称为洛希瓣渗溢(Roche Lobe Overflow)的过程可能会将大量的大气气体转移到恒星上。”

今年早些时候,在绕恒星运行18小时的轨道上宣布了一个巨大的岩石行星的发现,这被认为是曾经是天然气体巨星的简陋核心。因此,有理由认为我们迟早会在此过程中遇到中间步骤。

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LTT 9779b的生长也有可能远离恒星而开始向内迁移,其轨道由于与其他行星的引力相互作用而中断。如果真是这样,它的大气保持时间可能要比其当前位置形成的时间长得多。

我们所知道的是,该系外行星似乎具有很强的大气层,并且每隔19个小时就越过恒星。这使其成为进行后续研究的极佳候选者,在该研究中,可以对来自恒星的穿过大气的光进行分析以确定大气成分。

“该行星非常热,这促使人们寻找比氢和氦重的元素以及电离的原子核。”詹金斯说,“令人难以置信的是,这个'不可思议的星球'如此稀有,以至于我们找不到像它那样的实验室来详细研究超热海王星的性质。因此,我们必须从这颗原石中提取出每一盎司的知识,并在接下来的几年中同时使用天基和地面仪器观察它。”

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