科學家首次於 300 光年外系外行星發現同位素

作者 | 發布日期 2021 年 07 月 21 日 8:45 | 分類 天文 Telegram share ! follow us in feedly


名為 TYC 8998-760-1b 的氣態系外行星周圍薄霧中,天文學家檢測到另一種碳形式碳 13,這是首次在距離地球 300 光年的異世界發現同位素,表明這顆系外行星是在距離母恆星極其遙遠的寒冷地帶形成。

TYC 8998-760-1b屬於較罕見的系外行星,科學家2019年使用直接影像法發現,2020年確認行星身分。與恆星相較,此行星非常昏暗,所以通常透過檢測它們對主星的影響來辨識,不是透過引力作用(徑向速度法),就是從恆星前經過時恆星光線會變暗(凌日法)。

這些技術適用離恆星較近的行星,但TYC 8998-760-1b繞恆星運行的距離相當遠,長達160個天文單位,對比海王星繞太陽公轉的距離才約30個天文單位。這顆系外行星也是龐然大物,質量約木星14倍,體積則是木星1.4倍,意味反射星光相對明亮。研究小組仔細觀察行星反射光,看是否能提供特別的資料。

科學家利用攝譜儀取得光譜資料,當特定波長光被元素吸收,就會出現光譜中的黑線,研究人員發現,TYC 8998-760-1b吸收的光波長與碳13光譜暗線一致,可能與一氧化碳氣體有關。碳12是最常見的穩定元素,同位素共有15種,碳13有6個質子和6個電子,但有7個中子,這很重要,因形成方式不同。

在TYC 8998-760-1b,研究人員預計會有一定數量的碳,且在大氣發現碳13含量是預期兩倍,如此遙遠的距離,低溫環境可能造就更多碳13,導致這顆行星大氣同位素比例更高。科學家推測星體的氣形成位置應該在一般一氧化碳雪線更外面。

▲ 同位素比例,受形成位置影響。

任何遠離恆星的地方形成的系外行星都會包含一氧化碳,由於太陽系已知行星距離太陽比該行星更近,所以形成時不會像TYC 8998-760-1b含那麼多一氧化碳冰。但太陽系行星也有類似同位素現象,海王星和天王星的氘含量比木星高,氘是氫同位素,是由於天王星及海王星形成位置遠超過水的雪線。

對其他系外行星來說,探測大氣同位素幾乎不可能,但隨著望遠鏡不斷改進,提供研究系外行星的形成方式。科學家期望未來系外行星同位素發現將進一步幫助我們確切了解行星如何、何時、何地形成,此結果僅是開始。研究發表於《自然》期刊。

(本文由 台北天文館 授權轉載;首圖來源:NASA