古老的“濕熔巖球”系外行星出人意料

一個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系。

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

TOI-561 b也是一個古老的天體物理謎團，挑戰(zhàn)了我們對那些被困在恒星周圍高速舞蹈中的熾熱系外行星的認(rèn)知。

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這顆系外行星繞恒星運行的距離不到160萬公里（0.99百萬英里），僅為太陽與太陽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，盡管強烈的恒星輻照被認(rèn)為剝離了類似行星的氣態(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)我們對其他系統(tǒng)的了解，天文學(xué)家本應(yīng)預(yù)測，像這樣的行星太小太熱，無法在形成后長時間保持自身的大氣?！?a>他說卡內(nèi)基科學(xué)天文學(xué)家妮可·沃拉克。

TOI-561 b 被稱為超短周期（USP）星球因其緊密軌道，完成時間不到11小時。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行，該恒星質(zhì)量略小且比太陽冷。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一個銀河區(qū)域，類似于一個恒星退休社區(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。這可能是因為TOI-561 b的鐵芯相對較小，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)時鐵含量較低，這就說得通了。

另一方面，也可能是因為TOI-561 b的大氣層讓它看起來比實際更大。

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)，該站觀測該行星系統(tǒng)37小時，繞恒星繞行近四周。

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

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

研究人員推測，大氣層可能通過幾種方式“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？

團隊認(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成了平衡，否則巖漿海在夜晚會完全凍結(jié)，沒有大氣層。

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，龐大的巖漿?？赡芟褚粋€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捕獲揮發(fā)性化學(xué)物質(zhì)來幫助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看，輻射溫度超過約2000開爾文的行星能夠比失去的更快補充揮發(fā)性包層，”研究人員寫他們的論文.

然而，“確切指出TOI-561 b為何大氣厚重，仍需進一步的理論和觀測研究。”

本研究發(fā)表于天體物理學(xué)雜志通訊.

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