你是否想過(guò)在太陽(yáng)系之外的地方找到一個(gè)比太陽(yáng)還熱的“木星”？如果你覺(jué)得這是不可能的，那么你可能會(huì)對(duì)這個(gè)發(fā)現(xiàn)感到驚訝。科學(xué)家們通過(guò)分析歐洲南方天文臺(tái)在智利的超大望遠(yuǎn)鏡收集到的光譜數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)在距離我們1400光年的地方存在一個(gè)由兩個(gè)天體組成的雙星系統(tǒng)，其中一個(gè)是一個(gè)超級(jí)熱的類似于熱木星的天體，另一個(gè)是一個(gè)比正常恒星暗10000倍的白矮星。

尋找系外行星——繞過(guò)我們太陽(yáng)系邊界的恒星——是天體物理學(xué)中一個(gè)熱門(mén)話題。在各種類型的系外行星中，有一種在字面上是“熱”的：熱木星，一類與我們太陽(yáng)系中的氣體巨大行星木星物理相似的系外行星。與“我們”的木星不同，熱木星的軌道非常接近它們的恒星，僅需幾天甚至幾小時(shí)就能完成一次完整的軌道，而且如其名所示，表面溫度極高。它們對(duì)天體物理學(xué)界具有巨大的吸引力。然而，由于附近恒星的強(qiáng)光使其難以探測(cè)，所以對(duì)它們進(jìn)行研究很困難。

現(xiàn)在，在發(fā)表于《自然天文學(xué)》的一項(xiàng)研究中，科學(xué)家們報(bào)告了一個(gè)由兩個(gè)天體組成的系統(tǒng)的發(fā)現(xiàn)，距離地球約1400光年，這個(gè)系統(tǒng)為研究熱木星大氣提供了絕佳機(jī)會(huì)，同時(shí)也推動(dòng)了我們對(duì)行星和恒星演化的理解。這個(gè)雙星系統(tǒng)的發(fā)現(xiàn)是通過(guò)歐洲南方天文臺(tái)位于智利的非常大型望遠(yuǎn)鏡所收集的光譜數(shù)據(jù)分析而得出的，它是迄今為止溫度最極端的雙星系統(tǒng)。

(資料圖)

研究的首席作者Na"ama Hallakoun博士是與Weizmann科學(xué)學(xué)院粒子物理和天體物理學(xué)系Sagi Ben-Ami博士團(tuán)隊(duì)合作的博士后研究員。她說(shuō)：“我們發(fā)現(xiàn)了一顆繞恒星運(yùn)行的熱木星狀天體，它是迄今發(fā)現(xiàn)的最熱，比太陽(yáng)表面溫度高約2000度。”她補(bǔ)充說(shuō)，與被強(qiáng)光遮擋的熱木星行星不同，我們可以看到和研究這個(gè)天體，因?yàn)樗鄬?duì)于其繞行的宿主恒星來(lái)說(shuō)非常大，后者的亮度比正常恒星暗1萬(wàn)倍。她說(shuō)：“這使得它成為未來(lái)研究熱木星極端條件的理想實(shí)驗(yàn)室。”

巨大的褐矮星具有“類似月球”的方向

Hallakoun和同事們發(fā)現(xiàn)的雙星系統(tǒng)涉及兩個(gè)天體，它們都被稱為“矮星”，但在性質(zhì)上非常不同。一個(gè)是“白矮星”，是類似太陽(yáng)的恒星耗盡核燃料后的殘骸。而另一個(gè)部分則不是行星或恒星，而是“褐矮星”——一類質(zhì)量介于類似木星的氣體巨星和小型恒星之間的天體。

褐矮星有時(shí)被稱為“失敗的恒星”，因?yàn)樗鼈兊馁|(zhì)量不足以支持氫融合反應(yīng)。然而，與氣體巨大行星不同，褐矮星的質(zhì)量足夠大，可以抵抗其恒星伴侶的“拉力”。

Hallakoun說(shuō)：“恒星的引力可能導(dǎo)致過(guò)于接近的物體破裂，但這顆褐矮星非常密集，80倍于木星質(zhì)量的體積壓縮在木星大小的空間中。”她說(shuō)：“這使得它能夠完整地存活下來(lái)，并形成一個(gè)穩(wěn)定的雙星系統(tǒng)。”

當(dāng)一顆行星繞其恒星運(yùn)行非常接近時(shí)，重力差異會(huì)對(duì)行星的軌道和自轉(zhuǎn)周期產(chǎn)生影響，導(dǎo)致行星的一面永久性地朝向恒星，類似地球的月球永遠(yuǎn)面向地球，而其所謂的“黑暗面”則不可見(jiàn)。這種現(xiàn)象稱為“潮汐鎖定”，導(dǎo)致“白天”被直接恒星輻射轟擊的半球與另一個(gè)朝外“夜晚”半球之間產(chǎn)生極端的溫差，后者接收到較小的輻射量。

恒星的強(qiáng)輻射導(dǎo)致熱木星具有極高的表面溫度，而Hallakoun和她的同事們對(duì)這對(duì)白矮星-褐矮星系統(tǒng)進(jìn)行的計(jì)算顯示了溫度可以達(dá)到多高。通過(guò)分析系統(tǒng)發(fā)出的光的亮度，他們能夠確定褐矮星在兩個(gè)半球的表面溫度。

他們發(fā)現(xiàn)，白天的溫度在7250至9800開(kāi)爾文（約7000至9500攝氏度）之間，這與A型星的溫度相當(dāng)——A型星是與太陽(yáng)質(zhì)量相當(dāng)?shù)暮阈牵梢员忍?yáng)重兩倍——比任何已知的巨大行星都要熱。另一方面，夜晚的溫度在1300至3000開(kāi)爾文（約1000至2700攝氏度）之間，導(dǎo)致兩個(gè)半球之間存在大約6000度的極端溫差。

對(duì)未開(kāi)發(fā)地區(qū)的罕見(jiàn)瞥見(jiàn)

Hallakoun表示，她和她的同事們發(fā)現(xiàn)的這個(gè)系統(tǒng)為研究極端紫外輻射對(duì)行星大氣的影響提供了機(jī)會(huì)。這種輻射在各種天體物理環(huán)境中起著重要作用，從恒星形成區(qū)域，通過(guò)圍繞恒星形成行星的原始?xì)怏w盤(pán)，到行星本身的大氣層。這種強(qiáng)烈的輻射可以導(dǎo)致氣體蒸發(fā)和分子破裂，對(duì)恒星和行星的演化都會(huì)產(chǎn)生重大影響。但這還不是全部。

Hallakoun說(shuō)：“從這個(gè)系統(tǒng)中白矮星形成的時(shí)間只有一百萬(wàn)年——在天文學(xué)時(shí)間尺度上微不足道——我們已經(jīng)罕見(jiàn)地窺探到了這種緊湊雙星系統(tǒng)的早期階段。”她補(bǔ)充說(shuō)，盡管單星的演化已經(jīng)相當(dāng)清楚，但交互作用的雙星系統(tǒng)的演化仍然知之甚少。

Hallakoun說(shuō)：“熱木星與宜居行星截然相反——對(duì)生命來(lái)說(shuō)它們是極端不宜居的地方。”她說(shuō)：“未來(lái)利用NASA的新詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡進(jìn)行的高分辨率光譜觀測(cè)，可能會(huì)揭示熱木星類似系統(tǒng)中熾熱、高輻射條件對(duì)大氣結(jié)構(gòu)的影響，這有助于我們理解宇宙中其他行星。”

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