Tiny Pebbles 創(chuàng)造了銀河系中最極端的世界之一

恒星形成時(shí)留下的微小鵝卵石滋養(yǎng)了人類(lèi)有史以來(lái)最奇怪、最狂野的世界之一的生長(zhǎng)。

這是一顆著名的 Tylos，或 WASP-121b，這是一顆距離它大約 880 光年的氣態(tài)巨行星，離它的宿主恒星如此之近，以至于它的大氣層里充滿(mǎn)了汽化金屬云.

現(xiàn)在，新的觀(guān)測(cè)表明，這個(gè)世界——銀河系中研究最多的世界之一——是由環(huán)繞恒星的塵埃和巖石構(gòu)成的，當(dāng)時(shí)該系統(tǒng)仍處于早期形成階段。

冒煙的槍?zhuān)恳谎趸?– 汽化的巖石云。使用 JWST，一組天文學(xué)家除了水、一氧化碳和甲烷外，還確定了系外行星大氣中的分子。

“碳、氧和硅的相對(duì)豐度為了解這顆行星如何形成和獲得其物質(zhì)提供了見(jiàn)解，”天文學(xué)家托馬斯·埃文斯-索馬 （Thomas Evans-Soma） 解釋道領(lǐng)導(dǎo)這項(xiàng)研究的澳大利亞紐卡斯?fàn)柎髮W(xué)。

泰洛斯大約是半徑的 1.75 倍，但質(zhì)量只有木星，圍繞一顆名叫 Dilmun 的黃白色恒星運(yùn)行，該恒星的半徑是太陽(yáng)的 1.5 倍，軌道飛行時(shí)間僅為 30 小時(shí)。它離星星如此之近，以至于它字面意義上的蒸發(fā)，它的大氣層被酷熱吹得膨脹起來(lái)。

當(dāng)它繞過(guò)迪爾蒙時(shí)，泰洛斯從我們和它之間經(jīng)過(guò)，這意味著它處于完美的研究配置中。這顆恒星的一些光穿過(guò)系外行星的浮腫大氣層，并在其移動(dòng)過(guò)程中被其中的分子所改變。天文學(xué)家可以煞費(fèi)苦心地研究這些微小信號(hào)，以找出哪些分子是造成這些變化的原因。

泰洛斯是所謂的熱木星——?dú)鈶B(tài)巨行星世界，離它們的宿主恒星非常近。它們?cè)谀撤N程度上是一個(gè)懸而未決的問(wèn)題：它們不能在那些近距離的軌道上形成，因?yàn)閬?lái)自恒星的輻射和風(fēng)會(huì)阻止氣體積累。主要的解釋是它們形成的距離更遠(yuǎn)，并向內(nèi)遷移。

這首次檢測(cè)到一氧化硅在 2022 年發(fā)表的一篇論文中描述了系外行星的大氣層。這是一種非常難以檢測(cè)且稀有的分子。但正是泰洛斯大氣層中的分子組合幫助埃文斯-索馬和他的團(tuán)隊(duì)弄清楚了這顆系外行星的誕生地。

恒星誕生于密集的分子氣體云中。當(dāng)它們旋轉(zhuǎn)時(shí)，物質(zhì)會(huì)自行排列在一個(gè)圓盤(pán)中，該圓盤(pán)卷入并喂養(yǎng)不斷增長(zhǎng)的恒星。一旦恒星的強(qiáng)度足以用風(fēng)推開(kāi)物質(zhì)，它的生長(zhǎng)就會(huì)被切斷，留在圓盤(pán)中的物質(zhì)就會(huì)結(jié)成塵埃和冰的小鵝卵石，這些鵝卵石粘在一起并生長(zhǎng)形成行星。

在靠近宿主恒星的地方，冰升華成氣體。這被稱(chēng)為冰線(xiàn)或雪線(xiàn)，不同的冰有不同的升華點(diǎn)。

通過(guò)研究泰洛斯星大氣中分子的比例，研究人員得出結(jié)論，這顆系外行星是在離它的恒星很遠(yuǎn)的地方形成的，那里的甲烷是蒸汽形式的，但冰仍然凍結(jié)。

在太陽(yáng)系中，這個(gè)距離在木星和天王星.迪爾蒙比我們的太陽(yáng)更熱，所以泰洛斯的距離會(huì)更大——這表明它必須遷移很長(zhǎng)一段路才能到達(dá)現(xiàn)在的位置。這也是迄今為止關(guān)于熱木星如何形成和演化的最佳證據(jù)之一。

但還有另一個(gè)謎團(tuán)。甲烷是在這顆系外行星的夜側(cè)檢測(cè)到的，該夜側(cè)永遠(yuǎn)背對(duì)著迪爾蒙。甲烷在高溫下不穩(wěn)定，在炎熱的白天無(wú)法檢測(cè)到。當(dāng)它移動(dòng)到夜間時(shí)，預(yù)計(jì)在相同的高度上仍無(wú)法檢測(cè)到它。

因此，泰洛斯島夜間大氣中大量甲烷表明正在進(jìn)行一些有趣的大氣過(guò)程。研究人員認(rèn)為這是垂直混合——強(qiáng)烈的上升氣流將甲烷從大氣深處帶到高層大氣，在那里可以被 JWST 檢測(cè)到。

“這對(duì)系外行星動(dòng)力學(xué)模型提出了挑戰(zhàn)，可能需要對(duì)其進(jìn)行調(diào)整，以重現(xiàn)我們?cè)谝箓?cè)發(fā)現(xiàn)的強(qiáng)烈垂直混合，”Evans-Soma 說(shuō).

盡管我們對(duì) Tylos 的觀(guān)察比大多數(shù)近 6,000 顆系外行星迄今為止，這個(gè)奇怪的、正在融化的世界仍然有很多關(guān)于銀河系中行星的知識(shí)可以教給我們。

該研究已發(fā)表在自然天文學(xué).

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