首次,约翰·韦斯特为我们详细剖析了太阳系外世界的内部结构。
这颗极其奇怪的系外行星 WASP-107b 的大气层中甲烷含量出奇地低,这表明这颗系外行星的内部温度一定比我们想象的要高得多 —— 而且其核心质量也更大。这最终有助于解释 WASP-107b 棉花糖般的密度。
此前,人们认为 WASP-107b 的核心相当小,被巨大的、由氢和氦构成的蓬松外壳所包围。我们对行星形成和演化的理解有所改进。新结果意味着,这颗系外行星可以用现有模型来解释,而不需要进行彻底的修改。
“韦伯数据告诉我们,像 WASP-107 b 这样的行星并不一定以某种奇怪的方式形成,拥有超小的核心和巨大的气体外壳,”天文学家 Mike Line 表示来自亚利桑那州立大学(ASU)。
“相反,我们可以拿一些更像海王星的东西,有很多岩石,没有那么多气体,只要调高温度,然后把它放出来,就能看到[WASP-107b]做。”
即使 WASP-107b 的发现2017 年宣布,我们知道这颗系外行星有些奇怪。通过仔细研究这颗系外行星对其主星的影响,天文学家能够推导出它的质量和半径,结果显示它的密度极低。
结果表明,地球的密度非常低,每立方厘米只有 0.13 克,可归类为“超级膨胀”地球。木星的平均密度相比之下,二氧化碳的密度为每立方厘米 1.33 克,地球的密度为每立方厘米 5.51 克。
我们还从之前的研究中了解到,这颗巨大的系外行星围绕一颗距离我们约 200 光年的恒星运行,轨道周期为 5.7 天。
虽然对于我们太阳系中的恒星来说,这个距离似乎很短,但对于膨胀的气态巨行星来说,这是一个相当大的循环,恰好使 WASP-107b 比其他同类行星温度更低 - 同类行星是热木星,轨道周期短得多,其膨胀的大气层可以用恒星散发的热量来解释。WASP-107b 的“遥远”轨道和相对较低温度使其膨胀的现象难以解释。
因此,两个天文学家团队(一个由 Sing 领导,另一个由美国亚利桑那州立大学的 Luis Welbanks 领导)招募了詹姆斯·韦伯太空望远镜来观察这颗系外行星的大气层。
当 WASP-107b 在我们和其主星之间经过时,部分恒星光会被系外行星大气中的分子吸收或放大。通过研究有系外行星和没有系外行星时恒星光的差异,并寻找光谱中较亮和较暗的波长,天文学家可以识别系外行星气体层中特定分子的指纹。
虽然令人惊讶的是 WASP-107b 的大气中含有极少量的甲烷,但这对这颗系外行星如何形成现在这个样子的解释。
“这证明来自行星深处的热气体一定与上层较冷的气体层剧烈混合。”唱歌说。
“甲烷在高温下不稳定。尽管我们确实检测到了其他含碳分子,但我们检测到的甲烷却很少,这说明这颗行星的内部温度一定比我们想象的要高得多。”
这是谜团的一部分。另一部分涉及研究人员在 WASP-107b 大气中发现的其他物质,包括二氧化硫、水蒸气、二氧化碳和一氧化碳,重元素含量比海王星或。
通过将较重元素与较轻元素的比例与根据行星产生的热量计算出的内部能量相结合,研究人员确定了 WASP-107b 核心的大小。他们发现它比我们想象的要大得多——是地球核心质量的 12 倍,至少是最初认为的两倍。
这意味着我们不需要奇怪的行星形成模型来解释它的存在。
至于是什么原因导致其核心如此炎热,这需要进一步研究。这颗系外行星围绕其主恒星的轨道略呈椭圆形,这给行星内部带来了不断变化的引力压力,使其从内部升温。研究人员认为,这可能是 WASP-107b 如此炎热的热量来源。