天文学家在系外行星大气中探测到比铁还重得多的元素

葡萄牙波图大学（Universidade do Porto）和葡萄天体科学与科学研究院（Instituto de Astrofísica e Ciências do Espaço）的博士生汤马士·阿泽维多·席尔瓦（Tomás Azevedo Silva）利用欧洲南方天文台的甚大望远镜（Very Large Telescope）， 天文学家在系外行星大气中发现重元素钡（Barium）。 他们惊讶，在超高温气体巨星WASP-76b和WASP-121b（两颗系外行星，它们围绕太阳系外的恒星运行的行星）的大气中的高海拔地区发现钡这些重元素。 这个出人意料的发现引发天文学家对这些奇异大气可能是什么样子的质疑。

席尔瓦表示，令人费解是，为什么这些行星的大气层上层会有这么重的元素？ WASP-76b和WASP-121b不是普通的系外行星，是称为超热木星类的系外行星，因为它们的大小与木星相当，同时具有高达1，000°C以上的极高表面温度。 这是因为它们靠近宿主恒星，这也意味着围绕每颗恒星的轨道只需一到两天。 使到这些行星具有相当奇特的特征; 例如，在 WASP-76b 中，天文学家怀疑会下铁雨。

但即便如此，天文家还惊讶地在WASP-76b和WASP-121b的高层大气中发现比铁重2.5倍的钡。 鉴于行星的高重力，预计钡等重元素会迅速落入大气层的较低层。

席尔瓦说：「某种程度上，这次是一个偶然的发现。 我们没有特别期待或寻找钡，因此不得不反复检查它是否真的来自这颗行星，因为它以前从未在任何系外行星上见过。」

在这两个超热木星的大气中都检测到钡这一个事实显示，这类行星可能比以前想象的还要奇怪。 虽然我们偶尔会在自己的天空中看到钡，就像烟花中的亮绿色，但天文学家的问题是，什么样的自然过程会导致这种重元素在这些系外行星中处于如此高的高度。 目前，我们不确定形成的机制是什么。

在研究系外行星大气时，超热木星非常有用。 由于气态和高温，它们的大气层非常广阔，因此比那些更小或更冷的行星更容易观察和研究。

确定系外行星大气的成分需要非常专业的设备。 该团队在智利欧洲南方天文台的甚大望远镜上使用用于岩石系外行星和稳定光谱观测的阶梯光谱仪来分析已通过WASP-76b和WASP-121b的大气层过滤的星光。 这使得可以清楚地检测其中的几种元素，包括钡。

这些新结果显示，我们只触及了系外行星之谜的表面。 借助未来的仪器，例如高分辨率的高色散阶梯光谱仪，它将在欧洲南方天文台即将落成的超大望远镜（Extremely Large Telescope）上运行。 届时天文学家能够研究大大小小的系外行星的大气，包括岩石行星的大气类似于地球，更深入，并收集更多关于这些奇怪世界性质的线索。

【图、文：节译自欧洲南方天文台2022年10月13日新闻公布】研究全文刊登在2022年10月13日出版的《天文学及天文物理学报》; 标题是：Detection of barium in the atmospheres of the ultra-hot gas giants WASP-76b and WASP-121b

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