一個國際科學(xué)家團(tuán)隊最近測量了一種罕見的熱海王星系外行星的大氣光譜，NASA的過境系外行星測量衛(wèi)星(TESS)于上個月宣布了這一發(fā)現(xiàn)。

這項發(fā)現(xiàn)是利用現(xiàn)已退役的NASA Spitzer太空望遠(yuǎn)鏡提供的數(shù)據(jù)進(jìn)行的，該望遠(yuǎn)鏡使宇宙具有獨(dú)特的紅外視圖，可以觀察光學(xué)望遠(yuǎn)鏡隱藏的太空區(qū)域。

NASA TESS任務(wù)的主要目標(biāo)之一是尋找新的小型行星，這些行星將成為大氣特征的理想目標(biāo)。在執(zhí)行任務(wù)的早期，它發(fā)現(xiàn)了LTT9779b，這是一顆繞太陽般運(yùn)行的恒星運(yùn)行的行星，距地球260光年。這個行星比海王星大一點(diǎn)，其軌道非常接近恒星。該行星位于“熱海王星沙漠”中，那里不應(yīng)該存在行星。實(shí)際上，最接近的熱系外行星要么是具有木星或土星大小的氣體巨人，它們就具有足夠的質(zhì)量以利用其高重力來抵抗恒星造成的蒸發(fā)，從而保留了大部分大氣，或者是小型的巖石系外行星，它們失去了大氣以很久以前的明星。

“這顆超熱的海王星是一顆'中型'系外行星，它的軌道非常靠近恒星(完成一個軌道僅需19個小時)，但是它的低密度表明它的大氣層至少占恒星的10%。行星質(zhì)量”，新墨西哥大學(xué)物理與天文學(xué)助理教授戴安娜·德拉戈米爾(Diana Dragomir)解釋說，他領(lǐng)導(dǎo)了這項工作，涉及25多個機(jī)構(gòu)。

這位藝術(shù)家的印象是LTT9779b靠近它運(yùn)行的恒星，并突出了該行星白天的超高溫(2000開爾文)和非常烘烤的夜晚(約1000 K)。圖片提供：堪薩斯大學(xué)的Ethen Schmidt

該系統(tǒng)的年齡是20億年。在這樣高的溫度下，行星的大氣應(yīng)該早在系統(tǒng)生命早期就已經(jīng)蒸發(fā)了。“熱海王星很罕見，在如此極端的環(huán)境中很難解釋，因?yàn)樗馁|(zhì)量還不足以支撐很長時間，因此它是如何處理的?LTT9779b讓我們撓頭了，但它具有大氣層的事實(shí)為我們提供了一種罕見的方法來研究這種類型的行星，因此我們決定用另一臺望遠(yuǎn)鏡對其進(jìn)行探測。”

為了研究其大氣成分并進(jìn)一步闡明其起源，科學(xué)家使用熱海王星的斯必澤紅外陣列照相機(jī)(IRAC)獲得了次月食觀測。Spitzer的觀測結(jié)果證實(shí)了大氣層的存在，并能夠測量出行星的非常高的溫度，大約為2000開氏溫度(約3,000華氏度)。“這是我們第一次測量了不該存在的行星發(fā)出的光!” 德拉戈米爾說。

將Spitzer觀測結(jié)果與TESS帶通中的次食測量結(jié)果結(jié)合起來之后，科學(xué)家們研究了由此產(chǎn)生的發(fā)射光譜，并確定了地球大氣中分子吸收的證據(jù)，他們認(rèn)為這可能是由于一氧化碳所致。在熱的大行星(熱的木星)的大氣層中，這種分子并不是意料之外的，但是在熱的海王星中發(fā)現(xiàn)它可能提供有關(guān)這顆行星的起源以及如何保持其大氣的線索。該結(jié)果構(gòu)成了TESS發(fā)現(xiàn)的系外行星中大氣特征的首次檢測，也是超高溫海王星的首次檢測。

德拉戈米爾說：“如果像LTT9779b那樣，地球周圍有很多大氣層，那么您可以更輕松地研究它。” “更小的氣氛將很難觀察到。” 結(jié)果表明，LTT9779b是NASA即將推出的James Webb太空望遠(yuǎn)鏡(JWST)進(jìn)行額外表征的絕佳目標(biāo)，該望遠(yuǎn)鏡還可以驗(yàn)證觀察到的分子吸收是否確實(shí)是由于一氧化碳引起的。

這位畫家的印象表明LTT9779b正在其繞行的恒星中飛行。這次過境短暫地阻擋了恒星相當(dāng)一部分的光，這也是NASA的TESS任務(wù)首次發(fā)現(xiàn)該行星的方式。圖片來源：堪薩斯大學(xué)Ethen Schmidt

在堪薩斯大學(xué)助理教授伊恩·克羅斯菲爾德(Ian Crossfield)的帶領(lǐng)下，一篇伴隨論文還發(fā)現(xiàn)了跡象，表明該行星大氣中的重元素含量高于預(yù)期。這還很有趣，因?yàn)樘栂抵袃蓚€大小相似的行星海王星和天王星主要由輕元素組成，例如氫和氦。

“ LTT9779是這些超級令人興奮的目標(biāo)之一，對于我們了解熱海王星來說，這是非常罕見的寶石。我們相信我們在其大氣層中檢測到一氧化碳，并且永久的白天非常熱，而很少的熱量被輸送到夜晚。蒙特利爾大學(xué)教授兼系外行星研究所(iREx)成員比約恩·本內(nèi)克(BjörnBenneke)??說。“兩個發(fā)現(xiàn)都使LTT9779b發(fā)出一個非常強(qiáng)烈的信號，需要觀察到的信號使該行星成為將來用JWST進(jìn)行詳細(xì)表征的非常有趣的目標(biāo)。”

總之，這些結(jié)果為在這片海王星沙漠中發(fā)現(xiàn)的更大的系外行星樣本進(jìn)行類似研究奠定了基礎(chǔ)，這是揭示這種獨(dú)特的系外行星種群起源的關(guān)鍵。

Spitzer揭示了熱海王星LTT 9779b大氣中分子吸收的證據(jù)，該研究發(fā)表在《天體物理學(xué)雜志快報》上。