古老的“濕熔巖球”系外行星出人意料

一個(gè)被厚厚的汽化巖石包裹的熔巖世界，可能是我們迄今為止最有力的證據(jù)帶有大氣的巖石系外行星超越我們的太陽(yáng)系。

行星TOI-561 b是超高溫超級(jí)地球根據(jù)卡內(nèi)基科學(xué)研究人員領(lǐng)導(dǎo)的一項(xiàng)新研究，似乎是一個(gè)全球性的巖漿海洋，覆蓋著厚厚的揮發(fā)性化學(xué)物質(zhì)大氣層。

TOI-561 b也是一個(gè)古老的天體物理謎團(tuán)，挑戰(zhàn)了我們對(duì)那些被困在恒星周?chē)咚傥璧钢械臒霟嵯低庑行堑恼J(rèn)知。

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這顆系外行星繞恒星運(yùn)行的距離不到160萬(wàn)公里（0.99百萬(wàn)英里），僅為太陽(yáng)與太陽(yáng)之間距離的四十分之一水星使這里成為潮汐鎖定的地獄景象，一側(cè)沐浴在永恒的光明中，另一側(cè)則陷入永恒的黑暗。

奇怪的是，盡管強(qiáng)烈的恒星輻照被認(rèn)為剝離了類(lèi)似行星的氣態(tài)外殼，變成裸露的冒煙巖石，甚至熔融的熔巖球，它卻以某種方式保持了數(shù)十億年。

“根據(jù)我們對(duì)其他系統(tǒng)的了解，天文學(xué)家本應(yīng)預(yù)測(cè)，像這樣的行星太小太熱，無(wú)法在形成后長(zhǎng)時(shí)間保持自身的大氣。”他說(shuō)卡內(nèi)基科學(xué)天文學(xué)家妮可·沃拉克。

TOI-561 b 被稱(chēng)為超短周期（USP）星球因其緊密軌道，完成時(shí)間不到11小時(shí)。從大小上看，它的質(zhì)量大約是地球的兩倍，半徑是地球的1.4倍。

它繞著一顆極其古老的恒星運(yùn)行，該恒星質(zhì)量略小且比太陽(yáng)冷。就是這樣明星鐵含量低，富含α元素，如氧、鎂、硅，這些元素在早期宇宙中被大質(zhì)量恒星聚變而成。

它也位于銀河系厚盤(pán)一個(gè)銀河區(qū)域，類(lèi)似于一個(gè)恒星退休社區(qū)。這些因素表明這顆恒星大約有100億年歷史，是太陽(yáng)年齡的兩倍多。

研究人員還注意到，TOI-561 b的密度異常低，僅約是水的四倍。這可能是因?yàn)門(mén)OI-561 b的鐵芯相對(duì)較小，且可能由密度低于地殼巖石組成，這種成分如果TOI-561 b形成于早期宇宙，當(dāng)時(shí)鐵含量較低，這就說(shuō)得通了。

另一方面，也可能是因?yàn)門(mén)OI-561 b的大氣層讓它看起來(lái)比實(shí)際更大。

為了確定TOI-561 b密度低于預(yù)期是否因大氣層，研究人員使用了JWST的數(shù)據(jù)，該站觀測(cè)該行星系統(tǒng)37小時(shí)，繞恒星繞行近四周。

通過(guò)用韋伯近紅外光譜儀（NIRSpec）測(cè)量TOI-561 b的近紅外白天亮度，研究人員可以計(jì)算其溫度，從而判斷其是否可能存在大氣層。

沒(méi)有大氣層的話(huà)，TOI-561 b應(yīng)約為2700攝氏度（4900華氏度），但測(cè)量顯示其溫度更接近較低的1800攝氏度。

研究人員推測(cè)，大氣層可能通過(guò)幾種方式“冷卻”TOI-561 b的恒星面：大氣中的風(fēng)可能將部分熱量從白天帶到夜側(cè)，而水蒸氣則可能吸收行星表面的近紅外光，使其看起來(lái)更冷。

但TOI-561 b如何在如此接近其宿主恒星的飛行中，維持如此濃厚的大氣數(shù)十億年？

團(tuán)隊(duì)認(rèn)為，這顆系外行星可能在其大氣層與覆蓋表面的巖漿海之間達(dá)成了平衡，否則巖漿海在夜晚會(huì)完全凍結(jié)，沒(méi)有大氣層。

研究人員認(rèn)為，氣體可能從系外行星的地殼滲出，為大氣提供能量，其中一些不可避免地逸散到太空中。與此同時(shí)，龐大的巖漿?？赡芟褚粋€(gè)匯陷，將氣體吸回行星內(nèi)部。

該系外行星的鐵含量可能在這里起作用：與紅細(xì)胞氧結(jié)合的同一元素可能通過(guò)捕獲揮發(fā)性化學(xué)物質(zhì)來(lái)幫助TOI-561保持其大氣巖漿海洋或核心.

研究人員表示：“從具有白天亮度溫度約束的巖石行星樣本來(lái)看，輻射溫度超過(guò)約2000開(kāi)爾文的行星能夠比失去的更快補(bǔ)充揮發(fā)性包層，”研究人員寫(xiě)他們的論文.

然而，“確切指出TOI-561 b為何大氣厚重，仍需進(jìn)一步的理論和觀測(cè)研究?！?/p>

本研究發(fā)表于天體物理學(xué)雜志通訊.

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