天文学家首次测量到系外行星大气中的同位素

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据国外媒体报道,包括马克斯·普朗克天文研究所科学家在内的一支国际天文学家团队成为世界上第一批在系外行星大气中探测同位素的科学家。它涉及到300光年之外的马斯卡星座(苍蝇星座)中气态巨行星tyc8998-760-1b中不同形式的碳。这一微弱信号是由智利的ESO超级望远镜测得的,这似乎表明这颗行星的碳含量相对丰富。

天文学家认为这是因为这颗行星是在远离母星的地方形成的。这项研究将发表在科学杂志《自然》上。

天文学家首次测量到系外行星大气中的同位素-第1张图片-IT新视野

同位素是同一个原子的不同形式,在原子核中有不同数量的中子。例如,有六个质子的碳通常有六个中子(碳12),但偶尔有七个(碳13)或八个(碳14)。然而,这种性质并没有改变碳的化学性质。尽管如此,同位素的形成是不同的,对当时环境的反应也略有不同。因此,同位素在广泛的研究领域提供了应用:从检测心血管疾病或癌症到研究气候变化和确定化石和岩石的年龄。

现在,来自几个国家的天文学家在年轻的巨型行星tyc8998-760-1b的大气层中发现了不寻常的同位素比例。碳主要以一氧化碳气体的形式存在。这颗行星本身的质量大约是木星的14倍,体积几乎是木星的两倍。因此,天文学家将其归类为超级木星。

天文学家首次测量到系外行星大气中的同位素-第2张图片-IT新视野

由论文第一作者、荷兰莱顿天文台博士生张亚鹏领衔,这组科学家成功地区分了碳13和碳12。张指出:“我们能在如此远距离的系外行星大气层中测量碳13真的很特别。”天文学家曾预测,每70个碳原子中就有一个是碳13,但在这颗行星上,这个数字似乎是原来的两倍。认为它们的碳含量较高的想法与系外行星的形成有关。

莫利埃解释说:“从行星到母星的距离是从地球到太阳的150多倍。在这样的距离,冰可能已经形成了更多的碳13,从而导致在今天的行星大气中这种同位素的比例更高。”据推测,碳13的富集与形成这颗行星的原行星盘中CO的冻结有关。在这种情况下,这可能意味着太阳系的行星没有收集到大量富含碳13的冰。一个原因可能是,在太阳系中,超过了co从气相开始冻结的距离,co雪线在海王星轨道之外。因此,钴冰可能很少被纳入太阳系的行星,导致高同位素比率。据悉,莫利埃已编制数据分析软件,并对分析结果作出贡献。

外星行星TYC 8998760-1B是两年前由莱顿大学的博士生Alexander Bohn和该研究的共同作者发现的。他补充说:“这项发现离我的星球很近,真是太好了。这很可能是未来许多事情的开始。”

Ignas Snellen,莱顿大学的教授,多年来一直是这门学科的推动力。“我们预计,在未来,同位素将进一步帮助我们确切地了解行星在何处、何时何地形成。这个结果只是开始。”

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