发布时间：2024-05-13 17:21:33 栏目：生活
距离地球 700 光年的处女座行星 WASP-39b 围绕恒星 WASP-39 运行。这颗气态巨行星仅需四天多一点的时间即可完成一周运行，是研究最深入的系外行星之一：在 2022 年 7 月投入使用后不久，美国宇航局的詹姆斯·韦伯太空望远镜将其高精度的目光转向了这颗遥远的行星。数据揭示了 WASP-39b 大气中存在大量水蒸气、甲烷，甚至首次发现二氧化碳的证据。一个小小的感觉!但仍然存在美中不足：研究人员尚未成功地在模型计算中重现观察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 MPS 领导的这项新研究中，包括来自麻省理工学院(美国)、太空望远镜科学研究所(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表示，克服这一障碍的方法。
“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·韦伯还是未来的柏拉图航天器观测到的，”第一作者、MPS 科学家 Nadiia Kostogryz 博士解释道新研究的结果。 “与系外行星围绕的其他恒星一样，观测到的 WASP-39 光变曲线比以前的模型所能解释的要平坦，”她补充道。
研究人员将光变曲线定义为对恒星在较长时间内亮度的测量。恒星的亮度不断波动，例如，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中留下痕迹。如果观察者看到一颗系外行星从其恒星前面经过，它就会使星光变暗。这在光曲线中反映为亮度有规律地反复下降。对此类曲线的精确评估提供了有关行星大小和轨道周期的信息。如果来自恒星的光被分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，在解释其光变曲线方面起着决定性作用。就像太阳的情况一样，对于观察者来说，肢体看起来比内部区域更暗。然而，这颗恒星实际上并没有在更远的地方发出更明亮的光。 “由于恒星是一个球体，其表面是弯曲的，因此我们研究的是边缘处比中心处更高、温度更低的层，”共同作者、MPS 主任 Laurent Gizon 教授解释道。 “因此，这个区域对我们来说显得更暗，”他补充道。
众所周知，边缘变暗会影响光曲线中系外行星信号的确切形状：变暗决定了恒星在行星凌日期间亮度下降然后再次上升的陡峭程度。然而，使用传统的恒星大气模型还不可能准确地再现观测数据。亮度的下降总是没有模型计算建议的那样突然。 “很明显，我们错过了精确理解系外行星信号的关键部分，”MPS 主任、当前研究的合著者萨米·索兰基 (Sami Solanki) 教授博士说。
磁场是拼图中缺失的一块
正如今天公布的计算结果所示，这个难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。研究人员现在第一次能够将磁场纳入他们的肢体变暗模型中。他们可以证明磁场的强度具有重要的影响：在磁场较弱的恒星中，临边变暗很明显，而在磁场较强的恒星中，临边变暗则较弱。
研究人员还证明，如果将恒星的磁场纳入计算中，观测数据和模型计算之间的差异就会消失。为此，研究小组转向了美国宇航局开普勒太空望远镜的精选数据，该望远镜在 2009 年至 2018 年间捕获了成千上万颗恒星的光线。第一步，科学家们在存在恒星的情况下模拟了典型开普勒恒星的大气层。磁场。第二步，他们从这些计算中生成“人工”观测数据。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。
该团队还将考虑范围扩展到詹姆斯·韦伯太空望远镜的数据。该望远镜能够将遥远恒星的光分解成不同的波长，从而寻找所发现行星大气中某些分子的特征信号。事实证明，母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，推进系外行星研究的方法是改进硬件，即旨在寻找和表征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，”博士说。亚历山大·夏皮罗 (Alexander Shapiro)，当前研究的合著者，也是 ERC 资助的 MPS 研究小组的负责人。 “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来推断恒星磁场强度的可能性，否则通常很难测量。
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