一個國際科學家團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太空望遠鏡提供的數(shù)據(jù)進行的，該望遠鏡使宇宙具有獨特的紅外視圖，可以觀察光學望遠鏡隱藏的太空區(qū)域。

NASA TESS任務的主要目標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。在執(zhí)行任務的早期，它發(fā)現(xiàn)了LTT9779b，這是一顆繞太陽般運行的恒星運行的行星，距地球260光年。這個行星比海王星大一點，其軌道非常接近恒星。該行星位于“熱海王星沙漠”中，那里不應該存在行星。實際上，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”，新墨西哥大學物理與天文學助理教授戴安娜·德拉戈米爾(Diana Dragomir)解釋說，他領導了這項工作，涉及25多個機構。

這位藝術家的印象是LTT9779b靠近它運行的恒星，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，因為它的質(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鏡對其進行探測。”

為了研究其大氣成分并進一步闡明其起源，科學家使用熱海王星的斯必澤紅外陣列照相機(IRAC)獲得了次月食觀測。Spitzer的觀測結(jié)果證實了大氣層的存在，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)它可能提供有關這顆行星的起源以及如何保持其大氣的線索。該結(jié)果構成了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太空望遠鏡(JWST)進行額外表征的絕佳目標，該望遠鏡還可以驗證觀察到的分子吸收是否確實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一部分的光，這也是NASA的TESS任務首次發(fā)現(xiàn)該行星的方式。圖片來源：堪薩斯大學Ethen Schmidt

在堪薩斯大學助理教授伊恩·克羅斯菲爾德(Ian Crossfield)的帶領下，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期。這還很有趣，因為太陽系中兩個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)出一個非常強烈的信號，需要觀察到的信號使該行星成為將來用JWST進行詳細表征的非常有趣的目標。”

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行類似研究奠定了基礎，這是揭示這種獨特的系外行星種群起源的關鍵。

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《天體物理學雜志快報》上。