破解的神祕問題:系外類海王星行星都去哪了?

破解的神秘問題:系外類海王星行星都去哪了?

這幅藝術家創作的插圖展示了一朵巨大的氫氣雲從一顆海王星大小的溫暖行星中流出,這顆行星距離地球只有97光年。

長期以來,天文學家們一直有一個未解的神秘問題:在其他行星系統中,在離其宿主恆星非常近的區域內,並沒有如海王星大小的行星存在——那麼這些類海王星行星究竟去哪裡了呢?據《天文學和天體物理學》雜誌最近刊發的一篇研究論文稱,由瑞士日內瓦大學(UNIGE)天文學家領導的一個研究小組不久前發現,一顆此類行星的大氣層正在以瘋狂的速度減少並消失。這一發現進一步證實了一種理論假設,即曾經火熱的海王星是在失去大部分大氣後,變成了一種相對更小的行星——超級地球,而超級地球的數量相對來說要多得多。

在這之前,科學家們曾在恆星附近發現大量木星大小的高溫行星和其他許多略大於地球、直徑不超過地球1.5倍的行星(被稱為“超級地球”),卻沒有發現任何海王星大小的行星。科學家為這片缺乏高溫類海王星存在的神秘“沙漠”地帶給出了兩種可能的解釋:要麼是這類行星太罕見,要麼是它們曾經數量巨大但後來卻消失了。

幾年前,UNIGE的天文學家利用美國航天航空局(NASA)的哈勃太空望遠鏡發現,該“沙漠”區域邊緣有一顆溫暖的類海王星“GJ 436b”正在將其大氣中的氫氣剝離出去。雖然這一損失還不足以對該行星的整個大氣層形成威脅,但是這一現象表明,那些從其恆星接收到更多能量的類海王星行星可能會發生更劇烈的演化。這同時也已經被瑞士國家系外行星研究中心(PlanetS)的天文學家所證實:他們利用哈勃望遠鏡觀察到另一個位於“沙漠”邊緣的溫暖的類海王星行星“GJ 3470b”,它正在以比“GJ 436b”快100倍的速度喪失氫氣。這兩顆行星距離它們的宿主恆星都有大約370萬公里,相當於水星和太陽距離的十分之一,不過這顆恆星要年輕活躍得多。該論文的第一作者、UNIGE科學學院天文系研究員文森特·波里爾(Vincent Bourrier)介紹道:“這是人類第一次觀察到一顆行星的大氣層喪失得如此之快,以至於影響到了它的演化過程。”該研究團隊估計,“GJ 3470b”已經喪失了其質量的三分之一以上的大氣層。

波里爾指出:“直到現在,我們還不確定大氣層的蒸發消散在這片“沙漠”的形成過程中起了何種作用。”在“沙漠”邊緣發現這些正在喪失大氣的、溫暖的類海王星行星所支持的一個觀點是,這些高溫版海王星的壽命是短暫的——曾經熾熱的類海王星行星會收縮成為迷你行星,或者其大氣層會被完全侵蝕,只剩下岩石內核。該論文的共同作者、UNIGE天文系的副教授大衛·埃倫賴希(David Ehrenreich)表示:“這似乎就可以解釋目前已經發現的大量高溫超級地球的來源了。”

編譯:朱明逸

審稿:西莫


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