科學家首次測量到系外行星大氣中的同位素

據媒體報導,一個國際天文學家團隊–包括來自馬克斯·普朗克天文研究所的科學家–成為世界上首批探測到系外行星大氣中的同位素的科學家。它涉及的是位於Musca (Fly)星座300光年外的氣態巨行星TYC 8998-760-1 b中不同形式的碳。微弱的信號是由位於智利的ESO超大望遠鏡測量到的,這似乎表明這顆行星的碳13含量相對豐富。

天文學家假設這是因為這顆行星形成於離其母恆星很遠的地方。這項研究將發表在科學雜誌《自然》上。

科學家首次測量到系外行星大氣中的同位素

同位素是同一原子的不同形式,其在原子核中有著不同數量的中子。例如,有6個質子的碳通常有6個中子(碳12),但偶爾有7個(碳13)或8個(碳14)。不過這種性質並沒有改變碳的化學性質。盡管如此,同位素的形成方式不同,對當時的環境的反應也略有不同。因此,同位素在廣泛的研究領域提供了應用:從檢測心血管疾病或癌症到研究氣候變化和確定化石和岩石的年齡。

現在,來自幾個國家的天文學家發現了年輕巨行星TYC 8998-760-1 b的大氣中這些同位素之間的不尋常比例。碳主要以CO(一氧化碳)氣體的形式存在。這顆行星本身的質量約為木星的14倍,體積幾乎是木星的兩倍。因此,天文學家把它歸類為超級木星。

科學家首次測量到系外行星大氣中的同位素

由論文第一作者、荷蘭萊頓天文台博士生Yapeng Zhang領導的這組科學家成功地區分了碳13和碳12。Zhang指出:「我們能在這麼遠的距離外在系外行星的大氣層中測量到這一點真的很特別。」天文學家們曾預計,每70個碳原子中就有一個是碳13,但在這顆行星上,這個數字似乎是原來的兩倍。他們的想法是,碳13含量更高,這跟系外行星的形成存在某種關聯。

Mollière解釋稱:「這顆行星到其母恆星的距離是地球到太陽的距離的150多倍。在如此遙遠的距離,冰可能已經形成了更多的碳13,並導致這種同位素在今天的行星大氣中的比例更高。」假設碳13的富集跟形成行星的原行星盤中CO的凍結有關。在這種情況下,這可能意味著太陽系的行星沒有收集到很多富含碳13的冰。一個原因可能是,在太陽系中,超出CO開始從氣相中凍結的距離即CO雪線,位於海王星軌道之外。因此,CO冰可能很少被納入太陽系的行星,從而導致較高的同位素比率。據悉,Mollière編寫了數據分析軟體並對分析結果做出了貢獻。

這顆系外行星TYC 8998-760-1 b是在兩年前由萊頓大學的博士生、這項研究的論文合著者Alexander Bohn發現。他補充道:「這一發現離『我的』行星很近,這真是太棒了。這很可能是以後許多事情的開始。」

萊頓大學教授Ignas Snellen多年來一直是這門學科的推動力量。「我們期望在未來,同位素將進一步幫助我們准確地了解行星是如何、在哪里和何時形成的。這個結果僅僅是個開始。」

來源:cnBeta