天文学家发现了多种形成岩石的元素在WASP-76b的大气层中蒸发，这是一颗热木星大小的系外行星，为行星形成提供了新的见解。探测到的元素，包括首次明确探测到的氧化钒，表明气态巨行星的形成可能类似于恒星的形成，而不是尘埃和岩石的逐渐积累。这些发现可能会彻底改变我们对太阳系气态巨行星形成的理解。
所谓的“热木星”的化学性质为我们了解太阳系的形成提供了新的见解。
天文学家使用双子星北望远镜(由美国国家科学基金会NOIRLab运营的国际双子星天文台的一半)，在一颗木星大小的系外行星WASP-76b的大气中发现了多种形成岩石的元素。这颗行星离它的主星如此之近，以至于形成岩石的元素——比如镁、钙和镍——在炽热的大气中蒸发和分散。这一有趣的化学特征为行星系统的形成提供了新的见解，包括我们自己的行星系统。
WASP-76b是一个奇怪的世界。这颗类似木星的系外行星位于双鱼座方向，距离地球634光年，距离它的主星非常近——大约是水星到太阳的12倍——这使得它的大气层加热到灼热的2000°C。如此极端的温度使这颗行星“膨胀”起来，使其体积增加到木星的近六倍。
在如此极端的温度下，原本隐藏在温度较低的气态巨行星大气中的矿物和岩石形成元素就会显露出来。
由美国国家科学基金会NOIRLab运营的国际双子座天文台的一半——双子座北望远镜，一个由天文学家组成的国际团队在WASP-76b的大气中发现了11种形成岩石的元素。这些元素的存在和相对数量可以为了解巨型气体行星是如何形成的提供关键的见解——即使在我们自己的太阳系中，这一点也仍然不确定。研究结果发表在《自然》杂志上。
这幅艺术家的印象说明了天文学家如何使用双子星北望远镜(由美国国家科学基金会NOIRLab运营的国际双子星天文台的一半)在木星大小的系外行星WASP-76b的大气中多次探测到岩石形成元素。所谓的“热木星”离它的主星很近，这很危险，它正在将行星的大气层加热到惊人的温度，并蒸发了镁、钙和铁等形成岩石的元素，这为我们了解太阳系是如何形成的提供了线索。资料来源:国际双子座天文台/NOIRLab/NSF/AURA/J。da Silva Spaceengine / M。Zamani
自从2013年广角搜索行星(WASP)计划发现它以来，许多天文学家都在研究神秘的WASP-76b。这些研究已经确定了这颗热系外行星大气中存在的各种元素。值得注意的是，在2020年3月发表的一项研究中，一个研究小组得出结论，火星上可能存在铁雨。
意识到这些现有的研究，斯特凡·佩尔蒂埃博士研究生，特罗蒂埃研究所系外行星研究在蒙特里萨大学和论文的主要作者，受到启发，探索这颗奇怪的系外行星的奥秘和其灼热的大气的化学成分。
在2020年和2021年，佩尔蒂埃和他的团队使用双子座北的maron - x(一种专门用于探测和研究系外行星的新仪器)，在三次不同的场合观察到这颗行星从它的主星前面经过。这些新的观测结果揭示了WASP-76b大气中许多形成岩石的元素，包括钠、钾、锂、镍、锰、铬、镁、钒、钡、钙，以及之前发现的铁。
由于WASP-76b大气的极端温度，研究人员检测到的通常会在地球上形成岩石的元素被蒸发了，因此以气态形式存在于大气中。虽然这些元素构成了太阳系中气态巨行星的组成，但这些行星太冷了，这些元素无法蒸发到大气中，这使得它们几乎无法被探测到。
佩尔蒂埃说:“真正罕见的是，数百光年外的一颗系外行星能教给我们一些关于我们自己的太阳系可能不可能知道的东西。”“这项研究就是这样。”
其中许多元素的丰度与我们的太阳和系外行星的主恒星中发现的丰度非常接近。这可能不是巧合，并提供了额外的证据，证明气态巨行星，如木星和土星，形成的方式更类似于恒星的形成——从原行星盘的气体和尘埃中凝聚而成——而不是尘埃、岩石和星子的逐渐吸积和碰撞，后者继续形成岩石行星，如水星、金星和地球。
这项研究的另一个值得注意的结果是首次在系外行星上明确检测到氧化钒。“天文学家对这种分子非常感兴趣，因为它可以对热巨行星的大气结构产生巨大影响，”Pelletier说。“这种分子起着与臭氧类似的作用，在加热地球高层大气方面非常有效。”
Pelletier和他的团队有动力更多地了解WASP-76b和其他超热行星。他们还希望其他研究人员能够利用他们从这颗巨大的系外行星中学到的知识，并将其应用于更好地了解我们自己的太阳系行星及其形成方式。
“全球天文学家都可以使用国际双子座天文台，它继续提供新的见解，推动我们对其他世界的物理和化学结构的理解。通过这样的观测项目，我们正在更清晰地了解更广阔的宇宙以及我们在其中的位置，”美国国家科学基金会双子座天文台项目主任马丁·斯蒂尔说。
“一代又一代的研究人员使用木星、土星、天王星和海王星测量氢和氦的丰度，作为气态行星形成理论的基准，”该研究的合著者、法国蒙特兰萨达尔大学教授Bj?rn Benneke说。“同样，对WASP-76b上钙或镁等重元素的测量将有助于进一步了解气态行星的形成。”
有关这项研究的更多信息:
阿斯特罗 天文学家仔细观察一颗炙热的系外行星参考文献:“钒的氧化和冷捕获在一个巨大的系外行星上的突然开始”，作者:Stefan Pelletier, Bj?rn Benneke, Mohamad Ali-Dib, Bibiana Prinoth, David Kasper, Andreas Seifahrt, Jacob L. Bean, Florian Debras, Baptiste Klein, Luc Bazinet, H. Jens Hoeijmakers, Aurora Y. Kesseli, Olivia Lim, Andres Carmona, Lorenzo Pino, Núria Casasayas-Barris, Thea Hood和Julian strmer, 2023年6月14日，Nature。DOI: 10.1038 / s41586 - 023 - 06134 - 0
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