哈柏望遠鏡發現 3 顆乾得驚人的系外行星

作者 | 發布日期 2014 年 08 月 03 日 9:32 | 分類 天文
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英國劍橋大學(University of Cambridge)天文學家 Nikku Madhusudhan 等人透過哈柏太空望遠鏡(Hubble Space Telescope)尋找並研究系外行星大氣中的水汽,結果發現有 3 顆系外行星水汽含量比原本預期的還低很多。



這 3 顆系外行星分別為 HD 189733b、HD 209458b 和 WASP-12b,距離介在 60 光年至 900 光年之間,三者均為熱木星(hot Jupiter),即類似木星的氣體巨行星,但非常接近其母恆星,使得其表面溫度偏高,介在攝氏 540 度至 2200 度之間,所以是尋找水汽的好目標。他們的確在這些系外行星的大氣中找到水汽了,然而結果卻讓這些天文學家相當驚訝,因為這些系外行星大氣中的水汽含量僅有標準行星行星理論所預測的 1/10 至 1/1000 而已。這個結果,顯然讓現行的標準行星形成理論相當難堪,必須進行檢討與修正,尤其是熱木星的部分。

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雖然水汽含量不若預期,好在他們的確在系外行星大氣中發現水汽,而這 3 顆又是很靠近母恆星而使表面溫度偏高的熱木星,這意味著在距離母恆星稍遠一些的適居區中,在地球級大小的系外行星表面偵測到水的存在是極有希望的。只不過未來太空望遠鏡上用來偵測系外行星大氣中水汽的儀器,其靈敏度必須再提高,才能應付這些比預期還乾燥許多的狀況,或是質量比熱木星小許多、比較沒辦法留住水分的超級地球。

之所以先挑選這三顆系外行星做為主要目標,是因為它們的母恆星比較亮,較容易取得它們的紅外光譜。恆星星光穿過行星大氣時,會被行星大氣中的水汽吸收部分星光而形成吸收譜線,這些天文學家便可透過譜線來估計行星大氣中的水汽含量。

現行較為人接受的太陽系中巨行星形成理論是所謂的核吸積理論(core accretion),在恆星非常年輕的時期,主要由氫、氦、冰粒和塵埃組成的原行星盤中,塵埃彼此沾黏聚集成長成愈來愈大的塵粒,最終形成一個固態核心;而後這個固態核心便能飛快地聚積固態和氣態物質,直到一顆巨行星誕生。

這個理論預期行星上不同元素所佔的比例比其母恆星還多,特別是氧元素。一旦巨行星形成之後,其大氣中的氧元素會與氫元素結合而形成水分子。然而,Madhusudhan 等人的低水汽含量偵測結果,顯示行星形成過程中的化學組成顯然與理論預期的不相同,顯示核吸積理論必須予以修正,才能符合實際觀測結果。

圖片來源:Hubble Finds Three Surprisingly Dry Exoplanets

(本文引用自 臺北天文館之網路天文館 網站)

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