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JWST在一個系統中觀測到四顆系外行星

系外行星


JWST在一個系統中觀測到四顆系外行星


這幅藝術家的渲染圖展示了恒星HR 8799和它的四顆行星之一HR 8799c 。它說明了這個系統處于進化的早期階段 。它還顯示了恒星的塵埃盤和巖石內行星 。鳴謝:鄧拉普天文學和天體物理學研究所
據《今日宇宙》（埃文·高夫）：當JWST在2022年7月啟動它的穿透紅外眼時，它面對著一個由熱切的國際天文學界匯編的龐大目標列表 。遙遠的早期星系，在塵埃盤中形成的新生行星，以及宇宙黑暗時代的結束和第一縷曙光都在名單上 。但是系外行星也在名單上，有數以千計的系外行星吸引著人們去研究 。
但是一個遙遠的太陽系脫穎而出:HR 8799，一個大約133光年遠的系統 。
為什么這個系統優于其他系統？15年前 ， 天文學家發現了圍繞這顆恒星運行的三顆系外行星 。不久后，他們宣布了第四個，都是直接成像探測到的 。它們都是在寬軌道上的大質量行星，這很罕見 。HR 8799系統也年輕 ， 另一個重要點 。
它們在15年前被發現的事實也很重要；這意味著我們對這些行星的觀測跨越了很長一段時間 。這種類型的數據對了解其他太陽系至關重要，因為數據的持續時間描繪了一幅更完整的畫面 。

JWST在一個系統中觀測到四顆系外行星


鳴謝:美國宇航局
然而 ， 它也提出了更多的問題，并激起了我們對更多答案的渴望 。
這就是為什么JWST最近觀察到了這個系統 。它的MIRI儀器和日冕儀可以進行高對比度成像，這是更好地了解這個系統所需要的 。
一篇新論文展示了這些觀察的結果 。它的標題是“用JWST的MIRI日冕儀對HR 8799系統內塵埃帶和四顆系外行星的成像探測”它將出現在《天文學和天體物理學》雜志上，目前已經發布到arXiv預印本服務器上 。主要作者是來自法國巴黎天文臺LESIA的Anthony Boccaletti 。
HR 8799的質量是太陽的1.5倍 ， 亮度幾乎是太陽的5倍 。它也被一個碎片盤包圍著，只有大約3000萬年的歷史 。年輕的太陽系很重要，因為它們可以揭示行星形成背后的復雜細節，這是JWST號建造的目的之一 。
這四顆行星是HR 8799 b、c、d和e 。它們都是大質量行星，質量在木星的5.7到9.1倍之間，勉強低于氘聚變發生的溫度 ， 使它們成為褐矮星 。它們距離恒星16到71個天文單位，軌道大約45到460年 。它們的半徑都是木星半徑的1.2倍 。

JWST在一個系統中觀測到四顆系外行星


海爾望遠鏡拍攝的HR8799行星系統的肖像 。第四顆行星最終被發現 。鳴謝:美國宇航局/JPL加州理工學院/帕洛馬天文臺
遵循大于5 AU的大軌道的大質量巨行星是罕見的 。所以這類行星的每一個實例都很重要 。MIRI的高對比度成像可以為這些類型的系統打開一個新的窗口，并允許科學家更全面地描述它們的特征 。迄今為止，對該系統的中紅外觀測一直很困難 。不僅如此，JWST的角分辨率使得觀測更加有力 。
JWST發現了什么？
“總的來說，HR 8799系統的MIRI圖像產生了與近紅外非常不同的視覺 ， 清晰地探測到了四顆行星，以及局部但擴展的中心發射 ， ”作者寫道 。
JWST能夠完善我們已經知道的這個系統的某些方面 。這項工作的主要目標是更好地描述行星大氣層的特征 。
雖然圍繞這些行星的性質還存在一些不確定性，如果它們是褐矮星，JWST的觀測就打消了這個想法 ?！八鼈兊念伾砻鬟@四顆巨行星不同于實地褐矮星，”作者寫道 。
它們的溫度范圍從900 K到1300 K，HR 8799 b更暗更冷 。JWST的測量顯示，行星b的溫度比之前的觀測顯示的要低，這表明望遠鏡的能力更強 。MIRI還明確確定了兩種大氣化學物質:H2O和一氧化碳 。作者說 ， 有一個有爭議的甲烷檢測，這是他們是行星而不是褐矮星的額外證據 。褐矮星總是在這樣的溫度下顯示出甲烷的特征 。
JWST的MIRI儀器是用不同的過濾器制造的 。它們的部分設計是為了調查氨的存在，氨是類地行星上的固體生物標志 。不幸的是，這四顆行星對于氨來說有點太熱了 ?！耙虼?，目前的數據無法對HR 8799行星中氨特征的可探測性做出結論，”論文指出 。如果它檢測到氨 ， 這將是頭條新聞 。

JWST在一個系統中觀測到四顆系外行星


這是JWST的HR 8799及其四顆行星的MIRI圖像之一 。致謝:Boccaletti等人，2023年
HR 8799系統還因其碎片盤而值得注意 。它的不同尋常之處在于它有兩條皮帶 。研究人員想知道外帶的內邊緣是否是由質量介于木星和土星之間的第五顆行星造成的 。其他人認為它可能是一團塵埃 。
但是JWST表明它是一個背景物體，似乎已經結束了這場爭論 ?！坝辛艘粋€新的數據點 ， 與之前的探測相隔4.44年，我們現在可以有把握地得出結論，這是一個背景物體，”作者寫道 。

JWST在一個系統中觀測到四顆系外行星


JWST MIRI儀器上的強大過濾器在HR 8799結束了關于潛在第五行星的辯論 。這張MIRI圖像有助于確定該物體實際上是一個背景物體 。致謝:Boccaletti等人，2023年
這是JWST第一次用MIRI儀器觀察年輕的系外行星系統 ， 包括它的過濾器和日冕儀 ?！癑WST上的MIRI儀器現在提供中紅外波長的高對比度成像能力，從而開辟了一個全新的研究領域，以表征年輕的系外行星系統 ， ”作者解釋道 。
因此 ， 這項工作的主要目的是測試觀察結果和不同的算法 ， 以確定如何在未來的工作中最好地使用它，以及如何解釋結果 。例如，成功地測量行星的通量意味著解釋日冕儀如何衰減圖像，這取決于行星的位置 。
這些觀察有助于更有效地使用儀器 。具有諷刺意味的是，MIRI的日冕儀如此敏感，以至于理解其年輕恒星系統的圖像具有挑戰性 。該儀器的使用還處于初級階段，日冕儀的極端靈敏度“可以使年輕系統觀測的檢測和解釋非常具有挑戰性 ， 更不用說與背景星系有關的混亂了，”作者寫道 。
作者指出，仍有改進的空間，這些結果只會導致未來結果的改善 。