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2018
02-02

调查“热木星”迁移之谜


这个模拟基于美国宇航局斯皮策太空望远镜的数据显示了一个称为HD 80606b的热气态行星的湍流气氛。图片来源:NASA / JPL-Caltech

近十年来,外星人发现了许多宝贵的资源。我们太阳系以外的行星有近2000颗 - 已经被证实,目前已经确定了5000多颗候选系外行星。这些奇异世界中的许多属于一个被称为“热木星”的类别,这些类似木星这样的天然气巨人,但是更热,轨道让他们狂热地接近恒星。

起初,热木星被认为是古怪的,因为在我们自己的太阳系里我们没有类似的东西。但是,随着更多被发现,除了许多其他与他们的恒星非常接近的小行星,我们的太阳系似乎开始看起来是真正的不合适。加利福尼亚大学圣克鲁兹分校的天文学家Greg Laughlin说:“我们认为我们的太阳系是正常的,但事实并非如此。”NASA的斯皮策太空望远镜(Spitzer Space Telescope)的一项新研究的合着者,研究热木星形成。

现在已经知道热木星是常见的,它们仍然笼罩着神秘的面纱。这些巨大的球体是如何形成的?它们是如何与它们的星星如此惊人地接近?

斯皮策望远镜通过观测位于距地球190光年的热木星HD 80606b发现了新的线索。这个星球是不寻常的,它有一个几乎像彗星一样的偏心轨道,它非常靠近它的恒星,然后每111天一次又一次地返回更远的距离。这个星球的一边被认为比另一边更加酷热。事实上,当这颗行星离主星最近时,面向恒星的一面迅速升温至华氏2000度(摄氏1100度)以上。

“随着星球靠近恒星,它感觉到了一阵星光或辐射。大气层成为化学反应的大锅,而风速远远超出了飓风的强度,“斯皮​​策研究报告的合着者劳克林(Laughlin)在”天体物理学杂志“(The Astrophysical Journal Letters)上刊登。

HD 80606b被认为是从更远的轨道迁移到热木星典型的更严密的轨道。热木星形成的主要理论之一认为,当附近恒星或行星的重力影响将它们推进到更近的轨道时,遥远轨道上的气体巨星就变成热木星。行星始于偏心轨道,然后在数亿年的时间内被认为逐渐陷入紧密的圆形轨道。麻省理工学院的Julien de Wit说:“这个星球被认为是陷入了向内迁移的行为。”这项新研究的主要作者是剑桥大学。 “通过研究,我们能够测试热木星形成的理论。”

斯皮策以前在2009年研究过HD 80606b。最新的观察结果更详细,由于观测时间更长--85小时 - 以及斯皮策对系外行星。 de Wit说:“斯皮策的数据是原始的。 “这次我们能够观察这个星球的时间更长了,这让我们能够更深入的了解它最冷的温度以及它变快的速度,降温和旋转的速度。”

新研究中提到的一个关键问题是:高清80606b是从一个偏心向一个圆形轨道?评估这个问题的一个方法就是看看这个星球是多么“软弱”。当HD 80606b紧挨着它的恒星时,恒星的重力挤压它。如果这个星球变得更加柔软,或者更加柔韧,那么它可以更好地消耗这个引力能量。而且散发的热量越多,这个星球就会越快地转变成一个圆形的轨道,这个过程被称为圆形化。

Laughlin说:“如果你拿一个Nerf球,挤得很快,你会发现它会变热。 “那是因为Nerf球擅长将机械能转化为热量。它的 “

斯皮策的结果显示,HD 80606b在密切相遇时被重力挤压时不会散发太多热量,因此不会变软,而是整体上更加僵硬。这表明地球没有像预期的那样快速地环绕轨道,可能还需要100亿年甚至更长时间才能完成。德特威说:“我们已经开始了解木星热迁移可能需要多长时间。” “我们的理论说不应该花太长的时间,因为我们没有经常看到热木星的迁徙。”

“我们在这里观察的长时间尺度表明,一个领先的迁移机制可能不会像热木星那样高效就像曾经相信的一样,“劳克林说。

斯皮策的研究表明,热木星形成的竞争理论可能是首选的,在这种理论中,气体巨星形成“原位”,或者靠近恒星,或者在行星形成盘的帮助下顺利向内旋转。

这项新研究也是第一个测量绕太阳系恒星运行的系外行星的旋转速度的研究。斯皮策观察到行星旋转时,行星的亮度发生了变化,发现旋转周期为90小时。

“五十年前,我们第一次在自己的太阳系中测量行星的自转速度。现在我们对行星绕其他恒星做同样的事情。这真是太棒了,“劳克林说。

90小时的旋转速度比HD 80606b所预测的要慢得多,令天文学家感到困惑,并增加了热木星持久的神秘感。

来源:JPL