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美國(guó)國(guó)家航空航天局?jǐn)?shù)據(jù)揭示了一些系外行星正在縮小的可能原因
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簡(jiǎn)介這位藝術(shù)家的概念展示了次海王星系外行星TOI-421 b可能的樣子。在一項(xiàng)新的研究中,科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)了新的證據(jù),表明這些類型的行星如何失去大氣層。圖像:uux.cn/美國(guó)國(guó)家航空航天局、歐空局、加空局和 ...

這位藝術(shù)家的概念展示了次海王星系外行星TOI-421 b可能的樣子。在一項(xiàng)新的航空航天研究中,科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)了新的局?jǐn)?shù)據(jù)揭證據(jù),表明這些類型的示系縮行星如何失去大氣層。圖像:uux.cn/美國(guó)國(guó)家航空航天局、外行歐空局、星正加空局和D. Player公司
(神秘的美國(guó)地球uux.cn)據(jù)美國(guó)宇航局噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室:一項(xiàng)新的研究可以解釋超級(jí)地球和亞海王星之間“失蹤”的系外行星。
一些系外行星似乎正在失去大氣層并縮小。航空航天在一項(xiàng)使用美國(guó)國(guó)家航空航天局退役的局?jǐn)?shù)據(jù)揭開(kāi)普勒太空望遠(yuǎn)鏡的新研究中,天文學(xué)家找到了一個(gè)可能原因的示系縮證據(jù):這些行星的內(nèi)核正在從內(nèi)向外推開(kāi)它們的大氣層。
系外行星(太陽(yáng)系外的外行行星)有各種大小,從小的星正巖石行星到巨大的氣態(tài)巨行星。中間是美國(guó)多巖石的超級(jí)地球和有著蓬松大氣的更大的亞海王星。但是航空航天,科學(xué)家們一直在努力更好地了解一個(gè)明顯的局?jǐn)?shù)據(jù)揭缺失,即“大小差距”,即大小在地球1.5到2倍之間(或介于超級(jí)地球和亞海王星之間)的行星。
“科學(xué)家們現(xiàn)在已經(jīng)確認(rèn)探測(cè)到了超過(guò)5000顆系外行星,但直徑在地球1.5至2倍之間的行星比預(yù)期的要少,”加州理工學(xué)院/IPAC研究科學(xué)家杰西·克里斯蒂安森說(shuō),他是美國(guó)國(guó)家航空航天局系外行星檔案館的科學(xué)負(fù)責(zé)人,也是《天文學(xué)雜志》新研究的第一作者。“系外行星科學(xué)家現(xiàn)在有足夠的數(shù)據(jù)可以說(shuō)這個(gè)差距不是僥幸。有什么東西在阻礙行星達(dá)到和/或停留在這個(gè)大小。”
研究人員認(rèn)為,這種差距可以解釋為某些次海王星隨著時(shí)間的推移失去了他們的大氣。如果行星沒(méi)有足夠的質(zhì)量,因此沒(méi)有足夠的引力來(lái)抓住它的大氣層,這種損失就會(huì)發(fā)生。因此,質(zhì)量不夠大的亞海王星會(huì)縮小到超級(jí)地球的大小,留下兩個(gè)行星大小之間的差距。
但是這些行星是如何失去大氣層的仍然是個(gè)謎。科學(xué)家們已經(jīng)確定了兩種可能的機(jī)制:一種被稱為核心動(dòng)力質(zhì)量損失;另一個(gè)是光蒸發(fā)。這項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)了支持第一種觀點(diǎn)的新證據(jù)。

這張信息圖詳細(xì)描述了系外行星的主要類型。科學(xué)家們一直在努力更好地理解介于超級(jí)地球和亞海王星之間的行星的“大小差距”,或明顯缺失。圖片:uux.cn/美國(guó)宇航局/JPL加州理工學(xué)院
解開(kāi)謎團(tuán)
克里斯蒂安森說(shuō),隨著時(shí)間的推移,當(dāng)行星的熱核心發(fā)出的輻射推動(dòng)大氣層遠(yuǎn)離行星時(shí),就會(huì)發(fā)生核心動(dòng)力質(zhì)量損失,“這種輻射正在從下面推動(dòng)大氣層”。
行星間隙的另一個(gè)主要解釋是光蒸發(fā),當(dāng)行星的大氣層被其宿主恒星的熱輻射吹走時(shí)就會(huì)發(fā)生。在這種情況下,“來(lái)自恒星的高能輻射就像冰塊上的吹風(fēng)機(jī),”她說(shuō)。
雖然光蒸發(fā)被認(rèn)為發(fā)生在行星的第一個(gè)1億年,但核心動(dòng)力的質(zhì)量損失被認(rèn)為發(fā)生在更晚的時(shí)間——接近行星生命的10億年。但不管是哪種機(jī)制,“如果你沒(méi)有足夠的質(zhì)量,你就無(wú)法堅(jiān)持,你就會(huì)失去大氣層并縮小,”克里斯蒂安森補(bǔ)充道。
在這項(xiàng)研究中,Chistiansen和她的合著者使用了來(lái)自美國(guó)國(guó)家航空航天局K2的數(shù)據(jù),這是開(kāi)普勒太空望遠(yuǎn)鏡的擴(kuò)展任務(wù),以觀察6億至8億歲的Praesepe和Hyades星團(tuán)。因?yàn)樾行峭ǔ1徽J(rèn)為與它們的主恒星年齡相同,這個(gè)系統(tǒng)中的子海王星將超過(guò)光蒸發(fā)可能發(fā)生的年齡,但還沒(méi)有老到經(jīng)歷核心動(dòng)力的質(zhì)量損失。
因此,如果研究小組看到在Praesepe和Hyades中有許多子海王星(與其他星團(tuán)中的老恒星相比),他們可以得出結(jié)論,光電蒸發(fā)沒(méi)有發(fā)生。在這種情況下,隨著時(shí)間的推移,核心動(dòng)力的質(zhì)量損失將是較小質(zhì)量的子海王星所發(fā)生的最可能的解釋。
在觀察Praesepe和Hyades時(shí),研究人員發(fā)現(xiàn)這些星團(tuán)中近100%的恒星在其軌道上仍然有一顆次海王星行星或行星候選。從這些行星的大小來(lái)看,研究人員認(rèn)為它們保留了自己的大氣層。
這與K2觀測(cè)到的其他更老的恒星(超過(guò)8億歲的恒星)不同,其中只有25%的恒星有軌道運(yùn)行的亞海王星。這些恒星的年齡更接近于核心動(dòng)力質(zhì)量損失發(fā)生的時(shí)間框架。
根據(jù)這些觀察,研究小組得出結(jié)論,光蒸發(fā)不可能發(fā)生在Praesepe和Hyades。如果有的話,它應(yīng)該發(fā)生在幾億年前,這些行星將幾乎沒(méi)有大氣層,如果有的話。這使得核心動(dòng)力質(zhì)量損失成為這些行星大氣層可能發(fā)生什么的主要解釋。
克里斯蒂安森的團(tuán)隊(duì)花了五年多的時(shí)間建立了這項(xiàng)研究所需的行星候選目錄。但是研究還遠(yuǎn)未完成,她說(shuō),目前對(duì)光蒸發(fā)和/或核心動(dòng)力質(zhì)量損失的理解可能會(huì)發(fā)展。這些發(fā)現(xiàn)可能會(huì)在未來(lái)的研究中得到驗(yàn)證,然后任何人才能宣布這個(gè)行星差距的秘密已經(jīng)一勞永逸地解決了。
這項(xiàng)研究是利用美國(guó)國(guó)家航空航天局系外行星檔案館進(jìn)行的,該檔案館由加州理工學(xué)院在帕薩迪納根據(jù)與美國(guó)國(guó)家航空航天局的合同運(yùn)營(yíng),是系外行星探索計(jì)劃的一部分,該計(jì)劃位于南加州美國(guó)國(guó)家航空航天局的噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室。JPL是加州理工學(xué)院的一個(gè)分部。
關(guān)于任務(wù)的更多信息
2018年10月30日,開(kāi)普勒耗盡了燃料,并在九年后結(jié)束了它的任務(wù),在此期間,它發(fā)現(xiàn)了其他恒星周圍的2600多顆已確認(rèn)的行星,以及天文學(xué)家正在努力確認(rèn)的數(shù)千顆候選行星。
位于加州硅谷的美國(guó)國(guó)家航空航天局艾姆斯研究中心為美國(guó)國(guó)家航空航天局科學(xué)任務(wù)理事會(huì)管理開(kāi)普勒和K2任務(wù)。JPL負(fù)責(zé)開(kāi)普勒任務(wù)的開(kāi)發(fā)。鮑爾航空航天技術(shù)公司在博爾德科羅拉多大學(xué)大氣和空間物理實(shí)驗(yàn)室的支持下操作該飛行系統(tǒng)。
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