首次在系外行星大气中检测到羟基分子特征

太阳系外行星WASP-33b

艺术家对超热木星系外行星WASP-33b的印象。信贷:天体生物学中心yabo124

一项由天体生物学中心和贝尔法斯特女王大学(Queen 's University Belfast)的研究人员领导的国际天文学家合作,包括来自三一学院(Triniyabo124ty)的研究人员,已经在一颗太阳系外行星(一颗围绕除太阳以外的恒星运行的行星)的大气层中发现了新的化学特征。

在Sheeine的蒸山中发现羟基自由基(OH)太阳系外行星WASP-33b。这颗行星是所谓的“超级热”木星“,一个瓦尔巨型星球,其宿主明星比汞轨道更接近太阳,因此达到大气温度超过2,500℃(足以熔化大多数金属)。

贝尔法斯特女王大学天体生物学中心的首席研究员斯特瓦努斯·努格罗霍博士说:yabo124

“这是太阳系外行星大气中OH存在的第一个直接证据。这表明,天文学家不仅可以在系外行星的大气中探测到这种分子,而且还可以开始了解这些行星人口的详细化学成分。”yabovip2021

在地球的大气中,哦主要是通过用原子氧的水蒸气的反应产生的。它是一个所谓的“大气洗涤剂”,在地球大气中发挥着至关重要的作用,以吹扫对生命危险的污染物的气体(例如,甲烷,一氧化碳)。

在像WASP-33B这样的更热和更大的行星中,其中天文学家先前检测到铁和氧化钛气体的迹象)哦在通过与水蒸气和一氧化碳相互作用来确定大气的化学作用。yabovip2021大部分OH在大气层中被认为是由于由于极高的温度而被破坏的水蒸气产生了。

来自贝尔法斯特女王大学的恩斯特·德·莫伊博士是这项研究的合著者,他解释说:“在我们的数据中,我们只从水蒸气中看到了暂时性的微弱信号,这将支持这样一种观点,即在这种极端环境中,水正在被破坏形成羟基。”

为了得到这一发现,研究小组使用了位于夏威夷毛纳基亚山顶(海拔约4200米)直径8.2米的斯巴鲁望远镜上的红外多普勒(IRD)仪器。这种新仪器可以通过原子和分子的“光谱指纹”来检测它们。“光谱指纹”是一组独特的暗吸收特征,叠加在恒星和行星发出的彩虹般的颜色(或光谱)上。

当这颗行星围绕它的主恒星公转时,它相对于地球的速度随时间而变化。就像救护车的警报声或赛车的引擎的轰鸣声在我们身边呼啸而过时改变音调一样,这些光谱指纹的光的频率(例如颜色)也会随着地球的速度而改变。这使得我们能够将这颗行星的信号与其明亮的主星分离开来,尽管现代望远镜还没有强大到足以直接拍摄这种“热木星”系外行星的程度,但通常情况下,这种信号会掩盖这种观测结果。

都柏林三一学院助理教授尼尔·吉布森博士是这项研究的合著者,他说:

“太阳系外行星是一门相对较新的科学,现代天文学的一个关键目标是详细探索这些行星的大气,并最终寻找‘类地’系外行星——类似我们地球的行星。”每一种新发现的大气物种都进一步提高了我们对系外行星的理解,以及研究其大气所需的技术,并让我们离这个目标更近了一步。”

通过利用IRD的独特能力,天文学家能够检测行星大气中的羟基的微小信号。“IRD是研究红外线历史悠久的最佳工具,”泰米拉教授,Astrobiology中心主任的主要调查人员之一,以及这项工作的共同作者。yabo124

“这些大气表征外产的技术仍然仅适用于非常热的行星,但我们希望进一步开发仪器和技术,使我们能够将这些方法应用于冷却的行星,并最终到第二个地球,”博士说海兴川哈拉,东京大学助理教授和本工作的共同作者。

Professor Chris Watson, from Queen’s University Belfast, a co-author on this study, continues: “While WASP-33b may be a giant planet, these observations are the testbed for the next-generation facilities like the Thirty Meter Telescope and the European Extremely Large Telescope in searching for biosignatures on smaller and potentially rocky worlds, which might provide hints to one of the oldest questions of humankind: ‘Are we alone?’”

参考文献:“首次探测到系外行星大气中的羟基自由基辐射:作者:stevarus K. Nugroho, Hajime Kawahara, Neale P. Gibson, Ernst J. W. de Mooij, Teruyuki Hirano, Takayuki Kotani, Yui Kawashima, Kento Masuda, Matteo Brogi, Jayne L. Birkby, Chris A. Watson, Motohide Tamura, Konstanze Zwintz, Hiroki Harakawa, Tomoyuki Kudo, Masayuki KuzuharaKlaus Hodapp, Masato Ishizuka, Shane Jacobson, Mihoko Konishi, Takashi Kurokawa, Jun Nishikawa, Masashi Omiya, Takuma Serizawa, Akitoshi Ueda and Sébastien Vievard, 2021年3月23日,astrophysical杂志
DOI:10.3847 / 2041-8213 / abec71

资助:日本科学促进协会、爱尔兰科学基金会、英国皇家学会、英国科学技术和设施理事会、欧洲研究理事会

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