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天文学家第一次在外行星上发现氦气

发布时间:2018-05-14 浏览次数:35

一颗大而蓬松的星球围绕着处女座星座中一颗小而明亮的恒星,将氦气泄漏到太空中。经过十多年的搜索,这是天文学家第一次在太阳系外的行星上发现这种元素。

英国埃克塞特大学的系外行星天文学家杰西卡斯帕克说,许多类似的行星可能存在,因此这项研究为探测远处世界的大气开辟了新的可能性。她和她的同事今天在“自然”1中描述了这一发现。

氢气后,氦气是宇宙中第二丰富的元素。在木星和土星等巨型气体行星中也很常见,理论家们预测它应该可以在外行星大气中被探测到2。 “这是第一次看到氦气的激动人心,”麻省剑桥哈佛大学的系外行星天文学家团队成员Laura Kreidberg说。

看到(近红外)光

科学家出乎意料地偶然发现了这种元素。他们一直在寻找甲烷气体巨大的行星称为WASP-107b4,从地球大约60 parsecs的气氛。它大约是木星的大小,但只有木星质量的八分之一,使之成为已知密度最低的系外行星之一。如果没有大量的引力来保持其气氛小而紧凑,地球上的气体可以延伸到数万公里的太空。

斯帕克和她的同事在2017年5月使用了哈勃太空望远镜7小时,捕捉到了行星在其恒星面上移动的观测结果。当他们下载数据后,他们看到恒星的光谱中出现了巨大的峰值,在近红外波长为1.08微米。首先由哪种化学元素或化合物可能代表的困惑,Spake最终认为它必须是氦气。

这个峰值是由一种特殊的“亚稳态”氦气引起的,这是一种充满活力但长寿命的状态,因为恒星的辐射会冲击地球的大气层。在2000年,天文学家预测5亚洲氦应该出现在某些行星大气中,但在2003年报道的HD 209458b这个星球上的搜索结果是空的6。之后,斯帕克说,寻找氦气“有点过时了”。

有了WASP-107b,她很幸运。氦气很难以正常形式发现,但WASP-107b将蓬松的气氛和靠近明亮恒星的轨道相结合,可以让恒星的辐射将氦气转化为亚稳态,这更容易检测到。 “这是一个非常高兴的事故,”Spake说。

凝视着气

由于氦标志出现在红外波长不被地球大气吸收,它可以通过地面望远镜和卫星进行研究。麻省理工学院剑桥天体物理学家兼行星科学家Sara Seager表示:“这一观测将打开洪水到一个新的外行星研究领域,这是因为氦签名是如此强大。” 2000年的预测。

加州帕萨迪纳喷气推进实验室的外太空行星天文学家蒂芙尼卡塔里亚说,WASP-107b只是第四颗系外行星,也是第一个大小类别的太空望远镜。这颗恒星的辐射非常强大,以至于模型表明这颗行星的大气层每年实际上只有一点点腐蚀,也许会形成彗星般的氦尾。研究WASP-107b和类似的行星可以帮助揭示它们的气氛如何以及为什么会消失,Kataria说。这对于小型系外行星特别重要,她补充说,“其中一些可能有更大的气氛,但随着时间的推移会失去它们”。

经过这么多年的等待她的预测得到证实,西格很高兴它终于发生了。 “我不认为这需要那么长时间,”她说。


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