双子座北在一颗灼热的系外行星大气中探测到多种造岩元素

WASP-76b 是一个陌生的世界。这颗类似木星的系外行星位于双鱼座方向，距地球 634 光年，以异常近的距离绕其主恒星运行——大约是水星与太阳距离的 12 倍——将其大气层加热至灼热的 2000摄氏度。如此极端的温度已经“膨胀”了这颗行星，使其体积增加到木星的近六倍。

在如此极端的温度下，原本会隐藏在较冷的气态巨行星大气层中的矿物和岩石形成元素会显露出来。

一个国际天文学家团队使用 双子座北望远镜(NSF 的 NOIRLab 运营的国际双子座天文台的一半 )在 WASP-76b 的大气中检测到 11 种这些造岩元素。这些元素的存在和相对数量可以提供关于巨型气态行星究竟如何形成的关键见解——即使在我们自己的太阳系中，这仍然是不确定的。结果发表在 《自然》杂志上。

自 2013 年在广角搜索行星 ( WASP ) 计划期间发现它以来，许多天文学家研究了神秘的 WASP-76b。这些研究导致了对热系外行星大气中存在的各种元素的识别。值得注意的是，在 2020 年 3 月发表的一项研究中， 一个团队得出结论 认为地球上可能会出现铁雨。

意识到这些现有研究后， 蒙特利尔大学 Trottier 系外行星研究所的博士生 Stefan Pelletier受到启发，开始探索这颗奇怪的系外行星的奥秘及其灼热大气的化学成分。

在 2020 年和 2021 年，Pelletier 和他的团队使用 Gemini North 的 MAROON-X (一种 专门用于探测和研究系外行星的新仪器)观测了这颗行星在三个不同的场合从其主星前方经过。这些新观察发现了 WASP-76b 大气中的许多造岩元素，包括钠、钾、锂、镍、锰、铬、镁、钒、钡、钙，以及之前检测到的铁。

由于 WASP-76b 大气层的极端温度，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，因此以气态形式存在于大气中。虽然这些元素有助于我们太阳系中气态巨行星的组成，但这些行星太冷，元素无法蒸发到大气中，因此几乎无法检测到它们。

Pelletier 说： “真正罕见的是，数百光年外的一颗系外行星能够教会我们一些原本不可能了解我们自己的太阳系的东西。” “这项研究就是这种情况。”

许多这些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表明，像木星和土星这样的气态巨行星的形成方式更类似于恒星形成——由原行星盘的气体和尘埃聚结而成——而不是逐渐吸积和碰撞尘埃、岩石和 星子，它们继续形成岩石行星，如水星、金星和地球。

该研究的另一个显着结果是首次明确检测到系外行星上的氧化钒。 Pelletier 说：“天文学家对这种分子很感兴趣，因为它会对热巨行星的大气结构产生巨大影响。” “这种分子起着与臭氧相似的作用，在加热地球上层大气方面非常有效。”

Pelletier 和他的团队有动力去了解更多关于 WASP-76b 和其他超热行星的信息。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以及它们是如何形成的。

“国际双子座天文台可供全球天文学家使用，不断提供新的见解，推动我们了解其他世界的物理和化学结构。通过这样的观测计划，我们正在更清晰地了解更广阔的宇宙以及我们自己在其中的位置，”国家科学基金会双子座天文台项目主任马丁斯蒂尔说。

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