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哈勃太空望遠鏡觀測到蒸發的行星打嗝

太空


哈勃太空望遠鏡觀測到蒸發的行星打嗝


這位藝術家的插圖顯示了一顆行星(黑色剪影)從紅矮星AU Microscopii前面經過 。這顆行星非?？拷l的恒星 ， 猛烈的恒星風和熾熱的紫外線輻射正在加熱這顆行星的氫氣大氣層，導致它逃逸到太空中 。這顆行星的直徑是地球的四倍，它正在慢慢蒸發它的大氣層，沿著它的軌道直線延伸 。這個過程最終可能會留下一個巖石內核 。這幅插圖是基于哈勃太空望遠鏡的測量結果 。鳴謝:美國航天局、歐空局和約瑟夫·奧姆斯特德(STScI)
據美國宇航局：一顆年輕的行星圍繞著一顆任性的紅矮星旋轉，一圈一圈地以不可預測的方式變化著 。它離母恒星如此之近，以至于它經歷了持續不斷的能量爆發，蒸發了它的氫大氣層——導致它從行星上噴出來 。
但在美國宇航局的哈勃太空望遠鏡觀測的一個軌道上，這顆行星看起來沒有失去任何物質，而一年半后哈勃觀測的軌道顯示出大氣損失的明顯跡象 。
軌道之間的極端可變性震驚了天文學家 。新罕布什爾州漢諾威達特茅斯學院的Keighley Rockcliffe說:“我們從未見過當一顆行星從它的恒星前面經過時，大氣逃逸在這么短的時間內從完全不可探測到變成非?？商綔y到 ?！薄拔覀冋娴钠诖恍┓浅？深A測、可重復的東西 。但結果很奇怪 。當我第一次看到這個的時候，我想‘這不可能是對的 ?！?
羅克克利夫同樣困惑地看到，當它被探測到時 ， 行星的大氣層在行星前面膨脹 ， 就像一列快速行駛的火車上的前燈 。“這種坦率而奇怪的觀察有點像行星進化的建模和物理學的壓力測試案例 。這一觀察非?？幔驗槲覀冮_始探索恒星和行星之間的這種相互作用，這確實是最極端的情況，”她說 。
距離地球32光年的母星AU Microscopii (AU Mic)擁有一個迄今為止觀測到的最年輕的行星系統 。這顆恒星的年齡不到1億歲(是我們太陽年齡(46億歲)的很小一部分) 。最里面的行星AU Mic b的軌道周期為8.46天，距離恒星僅600萬英里(約為水星距離太陽的1/10) 。這個膨脹的氣態世界大約是地球直徑的四倍 。
AU Mic b于2020年由美國宇航局的斯皮策和TESS(凌日系外行星調查衛星)太空望遠鏡發現 。它是通過凌日方法發現的，這意味著當行星從它面前穿過時 ， 望遠鏡可以觀察到恒星亮度的輕微下降 。
像AU Microscopii這樣的紅矮星是我們銀河系中最豐富的恒星 。因此，它們應該是我們銀河系中大多數行星的宿主 。但是像AU Mic b這樣圍繞紅矮星運行的行星能適合生命存在嗎？一個關鍵的挑戰是 ， 年輕的紅矮星有兇猛的恒星耀斑爆發毀滅性的輻射 。這一高度活躍期比像太陽這樣的恒星持續的時間要長得多 。
耀斑是由強烈的磁場驅動的，這些磁場被恒星大氣的翻滾運動所纏繞 。當糾纏變得過于激烈時，場會斷裂并重新連接，釋放出巨大的能量，比我們的太陽在爆發時釋放的能量多100到1000倍 。這是一場猛烈的焰火表演，狂風、耀斑和X射線摧毀了任何靠近恒星的行星 ?！斑@創造了一個真正不受約束的，坦率地說，可怕的恒星風環境，影響著地球的大氣層，”羅克克利夫說 。
在這種炎熱的條件下，在恒星誕生的前一億年內形成的行星應該經歷了最多的大氣逃逸 。這最終可能會徹底剝奪一顆行星的大氣層 。
“我們想找出哪種行星能夠在這些環境下生存 。當明星落定后，他們最終會是什么樣子？最終會有適合居住的機會嗎，或者它們最終會變成燒焦的行星嗎？”羅克克利夫說 ?！八鼈冏罱K會失去大部分大氣層 ， 幸存的核心變成超級地球嗎？我們真的不知道那些最終的成分是什么樣的，因為我們的太陽系中沒有這樣的東西 ?！?br>雖然恒星的眩光使哈勃無法直接看到這顆行星，但望遠鏡可以測量恒星表觀亮度的變化 ， 這種變化是由氫氣從行星中釋放出來并在行星經過恒星時使星光變暗引起的 。大氣中的氫被加熱到脫離地球引力的程度 。
AU Mic b大氣流出量前所未見的變化可能表明宿主紅矮星爆發的快速和極端可變性 。有如此多的可變性是因為這顆恒星有許多旋轉的磁力線 。在行星的一次凌日過程中，氫的丟失可能是因為7小時前看到的強大的恒星耀斑 ， 可能已經將逃逸的氫光電離到對光透明的程度，因此無法檢測到 。
另一種解釋是，恒星風本身正在塑造行星外流，使其在某些時候可觀測到 ， 而在其他時候不可觀測到，甚至導致一些外流在行星本身之前“打嗝” 。研究人員說 ， 這在一些模型中得到了預測，比如加州大學圣克魯斯分校的約翰·麥肯和露絲·默里-克萊的模型，但這是第一種觀察到的證據 ， 表明這種情況正在發生，而且達到了如此極端的程度 。
哈勃望遠鏡對更多AU Mic b凌日的后續觀測將為恒星和行星的奇怪變化提供更多線索，進一步測試系外行星大氣逃逸和演化的科學模型 。
洛克克利夫是《天文學雜志》上發表的科學論文的第一作者 。
哈勃太空望遠鏡是美國宇航局和歐洲航天局之間的國際合作項目 。位于馬里蘭州格林貝爾特的美國宇航局戈達德太空飛行中心負責管理這臺望遠鏡 。位于巴爾的摩的太空望遠鏡科學研究所(STScI)負責哈勃太空望遠鏡的科學操作 。STScI由位于華盛頓特區的大學天文學研究協會為美國航天局運作 。