宇宙中存在一种热“木星”，可能比太阳还要热

2023-08-27 00:28:18 来源：来自星星的小胖子小 中

你是否想过在太阳系之外的地方找到一个比太阳还热的“木星”？如果你觉得这是不可能的，那么你可能会对这个发现感到惊讶。科学家们通过分析欧洲南方天文台在智利的超大望远镜收集到的光谱数据，发现在距离我们1400光年的地方存在一个由两个天体组成的双星系统，其中一个是一个超级热的类似于热木星的天体，另一个是一个比正常恒星暗10000倍的白矮星。

寻找系外行星——绕过我们太阳系边界的恒星——是天体物理学中一个热门话题。在各种类型的系外行星中，有一种在字面上是“热”的：热木星，一类与我们太阳系中的气体巨大行星木星物理相似的系外行星。与“我们”的木星不同，热木星的轨道非常接近它们的恒星，仅需几天甚至几小时就能完成一次完整的轨道，而且如其名所示，表面温度极高。它们对天体物理学界具有巨大的吸引力。然而，由于附近恒星的强光使其难以探测，所以对它们进行研究很困难。

(资料图)

现在，在发表于《自然天文学》的一项研究中，科学家们报告了一个由两个天体组成的系统的发现，距离地球约1400光年，这个系统为研究热木星大气提供了绝佳机会，同时也推动了我们对行星和恒星演化的理解。这个双星系统的发现是通过欧洲南方天文台位于智利的非常大型望远镜所收集的光谱数据分析而得出的，它是迄今为止温度最极端的双星系统。

研究的首席作者Na"ama Hallakoun博士是与Weizmann科学学院粒子物理和天体物理学系Sagi Ben-Ami博士团队合作的博士后研究员。她说：“我们发现了一颗绕恒星运行的热木星状天体，它是迄今发现的最热，比太阳表面温度高约2000度。”她补充说，与被强光遮挡的热木星行星不同，我们可以看到和研究这个天体，因为它相对于其绕行的宿主恒星来说非常大，后者的亮度比正常恒星暗1万倍。她说：“这使得它成为未来研究热木星极端条件的理想实验室。”

巨大的褐矮星具有“类似月球”的方向

Hallakoun和同事们发现的双星系统涉及两个天体，它们都被称为“矮星”，但在性质上非常不同。一个是“白矮星”，是类似太阳的恒星耗尽核燃料后的残骸。而另一个部分则不是行星或恒星，而是“褐矮星”——一类质量介于类似木星的气体巨星和小型恒星之间的天体。

褐矮星有时被称为“失败的恒星”，因为它们的质量不足以支持氢融合反应。然而，与气体巨大行星不同，褐矮星的质量足够大，可以抵抗其恒星伴侣的“拉力”。

Hallakoun说：“恒星的引力可能导致过于接近的物体破裂，但这颗褐矮星非常密集，80倍于木星质量的体积压缩在木星大小的空间中。”她说：“这使得它能够完整地存活下来，并形成一个稳定的双星系统。”

当一颗行星绕其恒星运行非常接近时，重力差异会对行星的轨道和自转周期产生影响，导致行星的一面永久性地朝向恒星，类似地球的月球永远面向地球，而其所谓的“黑暗面”则不可见。这种现象称为“潮汐锁定”，导致“白天”被直接恒星辐射轰击的半球与另一个朝外“夜晚”半球之间产生极端的温差，后者接收到较小的辐射量。

恒星的强辐射导致热木星具有极高的表面温度，而Hallakoun和她的同事们对这对白矮星-褐矮星系统进行的计算显示了温度可以达到多高。通过分析系统发出的光的亮度，他们能够确定褐矮星在两个半球的表面温度。

他们发现，白天的温度在7250至9800开尔文（约7000至9500摄氏度）之间，这与A型星的温度相当——A型星是与太阳质量相当的恒星，可以比太阳重两倍——比任何已知的巨大行星都要热。另一方面，夜晚的温度在1300至3000开尔文（约1000至2700摄氏度）之间，导致两个半球之间存在大约6000度的极端温差。

对未开发地区的罕见瞥见

Hallakoun表示，她和她的同事们发现的这个系统为研究极端紫外辐射对行星大气的影响提供了机会。这种辐射在各种天体物理环境中起着重要作用，从恒星形成区域，通过围绕恒星形成行星的原始气体盘，到行星本身的大气层。这种强烈的辐射可以导致气体蒸发和分子破裂，对恒星和行星的演化都会产生重大影响。但这还不是全部。

Hallakoun说：“从这个系统中白矮星形成的时间只有一百万年——在天文学时间尺度上微不足道——我们已经罕见地窥探到了这种紧凑双星系统的早期阶段。”她补充说，尽管单星的演化已经相当清楚，但交互作用的双星系统的演化仍然知之甚少。

Hallakoun说：“热木星与宜居行星截然相反——对生命来说它们是极端不宜居的地方。”她说：“未来利用NASA的新詹姆斯·韦伯太空望远镜进行的高分辨率光谱观测，可能会揭示热木星类似系统中炽热、高辐射条件对大气结构的影响，这有助于我们理解宇宙中其他行星。”

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