会“打嗝”的系外行星揭示行星形成过程

SF中文
2023-08-05 19:24

最近，天文学家有幸目睹了一场宇宙间的特别事件：一颗恒星正用它强大的辐射，逐渐剥离它的一颗行星的大气层。这个过程非常不稳定，就像恒星有时会发脾气，对行星发泄它的怒火，有时又会平静下来。

文 | 陈强

离我们太阳系大约 32 光年的地方，有一颗名为 AU Mic 的红矮星。虽然红矮星比我们的太阳更小和更暗，但研究表明，即使是最安静的红矮星，也比太阳更狂野。更麻烦的是，AU Mic 还是一颗年轻的恒星，年龄大约为 230 万年，充满了活力。可以说，AU Mic 是一颗年轻爱发脾气的红矮星。

而在 AU Mic 的周围，有一颗直径是地球 4 倍左右的行星围绕着它。这颗行星叫做 AU Mic b，它离自己的恒星非常近，只有大约 9 万千米。最近，天文学家借助凌星现象发现，在恒星强烈辐射的作用下，AU Mic b 有一团大气物质被剥离了出来。

强烈辐射导致大气逃逸

当一颗系外行星从它的恒星和我们之间经过时，它会遮挡一部分恒星的光线，导致我们观测到的恒星亮度发生轻微减弱。这种现象就叫做“凌星”。通过对这种轻微光变的探测，天文学家就可以推知系外行星的存在和一些基本参数，如大小、轨道、周期等。

在 2020 年，天文学家就利用了凌星现象首次发现了 AU Mic b。不过，当时天文学家使用的望远镜是美国航空航天局的斯皮策空间望远镜和凌星系外行星巡天卫星。现在，借助哈勃空间望远镜，天文学家对 AU Mic 系统有了新发现。

这次，天文学家看到的不仅仅是普通的凌星现象，数据显示，还有一些物质也造成了恒星亮度变暗，且变暗的幅度超过了正常水平。而且，这种物质似乎位于行星运动轨道的前方，与行星相距甚远。因此，这导致了 AU Mic b 凌星的时间比预期提前了很多，而恒星亮度以一种不寻常的形式发生变化。

天文学家第一次拿到数据时，以为肯定是哪里弄错了。但他们无论用多少种不同的方法重新分析，结果都是一样的。这究竟是怎么回事呢？天文学家认为，他们看到的是一团行星大气物质摆脱了引力束缚，离开了行星核心。也就是说，行星大气层有一部分“被吹走了”。天文学家推测，红矮星产生的超高能量的耀斑，使得这颗行星大气发生了逃逸。它产生的耀斑强度，相当于我们太阳的 1000 多倍。

更奇怪的是，这个过程并不稳定：恒星有时会发脾气，对行星发泄它的怒火，剥离部分大气物质，有时又会平静下来。天文学家认为，AU Mic 产生的恒星风可能在与行星大气层相互作用时造成湍流，导致了这种打嗝般的大气逃逸现象。

有趣的是，天文学家还对这颗行星在数十亿年后可能的模样，做出了预测：如果这颗行星的大气层被完全剥离了，那么剩下的将是赤裸裸的岩石核，它最终看起来可能会像水星；但如果它能保留它的下层大气层，我们可能会得到一个类似海王星的行星。

最普通的行星揭示天体演化之谜

由于恒星剧烈的活动而导致周围行星的大气发生逃逸，这种现象并不是什么新鲜事。但这次观测之所以新颖，是因为这是天文学家第一次在一个普通的行星上见证了这种大气逃逸现象。

以前，天文学家只在一些被称为“热木星”的行星上观测到过大气逃逸现象。这种行星有点像木星，只不过非常非常热，因为它们离恒星很近。但问题是，它们是我们银河系中最稀有的系外行星之一。天文学家表示，使用热木星的信息来了解其他行星系统的演化，就像是“用一个经济富裕的人的经历来推断中产阶级的经历”。这样做是不准确的。

而 AU Mic b 的特别之处在于，它根本不特别。它所围绕的恒星还是一颗红矮星，而红矮星是银河系中最常见的恒星类型。这个发现让我们了解了在一个最普通的行星系统中，行星的大气逃逸是什么样的。

大气逃逸是影响系外行星演化的关键因素之一。它可以改变行星的温度、压力、化学成分和生命可能性。所以说，这个发现不仅让我们了解了大气逃逸的机制，还有助于揭示这些遥远世界的历史和未来。此外，这个发现可以让天文学家更深入地了解红矮星的特征，以及它们与我们太阳或其他恒星有何异同。

接下来，天文学家希望能利用哈勃空间望远镜以及更先进的詹姆斯・韦伯空间望远镜，更细致地研究那些能“打嗝”出大气物质的系外行星。

参考文献：

https://iopscience.iop.org/article/10.3847/1538-3881/ace536

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