韦伯望远镜揭示围绕死星运行的行星大气中存在气溶胶和碳氢化合物
精选图片： 木星大小行星凌越白矮星的艺术想象图；图片来源：NASA/ESA/Joseph Olmsted (STScI)
天文学家首次在一颗凌越死星的行星上探测到了大气层。利用詹姆斯·韦伯太空望远镜，由圣安德鲁斯大学领导的国际团队在WD 1856 b的大气中识别出了微小的云粒子（气溶胶）和碳氢化合物（很可能是甲烷）。WD 1856 b是一颗木星大小的世界，围绕着一颗距地球80光年的白矮星运行。这项发现于7月1日发表在《自然》杂志上。
这一发现是系外行星科学的里程碑。白矮星是类日恒星耗尽核燃料并脱落外层后坍缩成地球大小的恒星残骸。在此之前，还没有人成功描述过此类系统中的行星大气特征。
WD 1856 b每34小时完成一次轨道运行，距离仅0.02个天文单位，比地球与太阳的距离近50倍以上。尽管轨道紧密，这颗行星并非仅由其主恒星加热：JWST测量到其昼侧温度约为400开尔文（127摄氏度），显著高于被动恒星加热的预测值。多余的热量是潮汐再加热的遗迹，当这个三星系统中的伴星引力扰动在数十亿年后将行星推入当前轨道时，就产生了这种潮汐再加热效应。
“最大的问题是WD 1856 b是如何到达今天这个位置的，”西北大学的克里斯托弗·奥康纳（该研究的合著者）说。
答案似乎是高偏心迁移。这颗行星最初在远离其母恒星的地方运行，并幸存于红巨星阶段（该阶段本会吞噬内部系统的所有天体）。在恒星变为白矮星后约30亿至50亿年，来自恒星伴星的引力推动使该行星坠入其当前近轨道，在那里潮汐力使轨道圆形化并重新加热了大气。这种再加热的时间排除了红巨星阶段的吞噬以及超过100亿年的被动冷却。
使用JWST的NIRSpec PRISM仪器在短暂的8分钟凌越过程中获得的透射光谱，揭示了一个富碳的氢/氦包层，其中甲烷体积比约为7%，碳氢比是太阳的100倍。由氯化钾粒子组成的光学厚云层位于约100毫巴的高度。在3.6至4.5西格玛的综合置信度下检测到碳氢化合物，标志着首次在白矮星行星大气中识别出此类化合物。
“这就像使用时间机器窥视我们太阳系的遥远未来，”圣安德鲁斯大学的主要作者瑞安·麦克唐纳说。
大约50亿年后，太阳将变成一颗红巨星，吞噬水星、金星，可能还有地球。木星和土星可能会幸存下来，通过类似的机制向内迁移，最终成为像WD 1856 b这样的天体,,围绕白矮星余烬运行的热木星。这颗行星大气的碳富集也表明它在迁移期间或之后吸积了富含挥发性物质的物质，包括冰和有机物。
这项研究是在JWST项目GO-2358（首席研究员：MacDonald）下使用2023年4月的数据进行的。两个独立的降维流程FIREFLy和Juniper得出了一致的结果。JWST已经观测了另外四次凌越，以更深入地探测该行星的大气化学特征。
婷 翻译