WASP-39b 行星位于距地球 700 光年的室女座，绕恒星 WASP-39 运行。这颗气态巨行星绕行一圈仅需四天多一点的时间，是研究最为深入的系外行星之一。2022 年 7 月投入使用后不久，美国宇航局的詹姆斯·韦伯太空望远镜便将其高精度观测转向了这颗遥远的行星。
数据显示，WASP-39b 大气中存在大量水蒸气、甲烷，甚至首次存在二氧化碳。这虽然只是个小现象，但美中不足的是：研究人员尚未在模型计算中成功重现观测结果的所有关键细节。这阻碍了对数据进行更精确的分析。
在这项由 MPS 领导的新研究中，包括来自麻省理工学院（美国）、空间望远镜科学研究所（美国）、基尔大学（英国）和海德堡大学（德国）的研究人员在内的作者展示了克服这一障碍的方法。
“在解释 WASP-39b 数据时出现的问题在许多其他系外行星上都是众所周知的——无论是用开普勒、TESS、詹姆斯·韦伯还是未来的 PLATO 航天器观测它们，”MPS 科学家、新研究的第一作者 Nadiia Kostogryz 博士解释说。“与其他被系外行星环绕的恒星一样，观测到的WASP-39 的平坦度比以前的模型所能解释的要高。”
研究人员将光变曲线定义为恒星在较长时间内亮度的测量值。例如，恒星的亮度不断波动，因为其光度会受到自然波动的影响。系外行星也会在光变曲线上留下痕迹。如果观察者看到系外行星从恒星前方经过，它会使恒星光线变暗。
这反映在光变曲线上，亮度有规律地反复下降。对此类曲线的精确评估可以提供有关行星大小和轨道周期的信息。如果恒星发出的光被分解成不同的波长或颜色，研究人员还可以获得有关行星大气成分的信息。
仔细观察恒星的亮度分布
恒星的边缘，即恒星盘的边缘，在解释其光变曲线时起着决定性的作用。就像太阳的情况一样，在观察者看来，边缘比内部区域更暗。然而，恒星实际上并没有在更远的地方发出更少的光芒。“由于恒星是一个球体，其表面是弯曲的，因此我们在边缘处看到的层比在中心看到的层更高，因此温度也更低，”合著者兼 MPS 主任 Laurent Gizon 教授解释道。“因此，这个区域在我们看来更暗，”他补充道。
众所周知，边缘变暗会影响光变曲线中系外行星信号的确切形状：变暗决定了恒星亮度在行星凌日期间下降的幅度，然后再次上升。然而，使用传统的恒星大气模型无法准确地重现观测数据。亮度的下降总是比模型计算所显示的要小。
“很明显，我们缺少了理解系外行星信号的关键部分，”MPS 主任、本研究的共同作者萨米·索兰基教授说。
磁场是拼图中缺失的一块
正如今天公布的计算结果显示，谜题中缺失的一块是恒星磁场。与太阳一样，许多恒星通过巨大的热等离子体流在其内部深处产生磁场。研究人员现在首次能够将磁场纳入他们的边缘暗化模型中。
他们可以表明磁场强度具有重要的影响：在磁场较弱的恒星中，边缘变暗现象明显，而在磁场较强的恒星中，边缘变暗现象较弱。
研究人员还能够证明，观测数据与如果将恒星的磁场纳入计算，这一现象就会消失。为此，研究小组利用了美国宇航局开普勒太空望远镜的选定数据，该望远镜从 2009 年到 2018 年捕捉到了成千上万颗恒星的光。
第一步，科学家们模拟了典型开普勒恒星在磁场存在下的大气层。第二步，他们生成了“人造”从这些计算中可以看出。与真实数据的比较表明，通过加入磁场，开普勒数据被成功再现。
研究团队还将研究范围扩大到詹姆斯·韦伯太空望远镜的数据。该望远镜能够将遥远恒星发出的光分解成各种波长，从而寻找发现行星大气中某些分子的特征。
事实证明，母恒星的磁场在不同波长下对恒星边缘变暗的影响不同，因此，在未来的评估中应该考虑到这一点，以获得更精确的结果。
从望远镜到模型
“在过去的几十年和几年里，系外行星研究的进步方式是改进硬件，即用于搜索和描述新世界的太空望远镜。詹姆斯韦伯太空望远镜将这一发展推向了新的极限，”本研究的合著者、MPS 研究小组负责人亚历山大·夏皮罗博士说。“下一步是改进和完善模型来解释这些优秀的数据，”他补充道。
为了进一步推进这一发展，研究人员现在希望将他们的分析扩展到与太阳明显不同的恒星。此外，他们的发现提供了利用系外行星恒星的光变曲线推断恒星强度的可能性，否则通常很难衡量。
该研究发布在期刊上自然天文学。
