恒星赤道低溫,行星兩個夏季:"最熱行星"所在系統,為何如此奇特
2020年07月12日09:49

  來源:環球科學

  2016年,千度極小望遠鏡(KELT)發現了。這顆行星位於天鵝座,被命名為KELT-9b。它最顯著的特徵為極高的表面溫度——晝半球的表面溫度可達4600開爾文,甚至超過了很多恒星,也是已知溫度最高的行星之一。

  2019年起,NASA的科學家利用淩日系外行星勘測衛星(TESS),對KELT-9b進行了細緻的觀測。TESS觀測到27次KELT-9b淩星,這些模擬結果使研究小組能夠模擬出這個系統中的奇特恒星及其對行星的影響。最近,這項研究發表於《天文學雜誌》。

通過淩星法研究KELT-9b及其圍繞的恒星
通過淩星法研究KELT-9b及其圍繞的恒星

  KELT-9b是一個氣態巨行星,比木星大1.8倍,質量是木星的2.9倍。潮汐力鎖定了它的自轉,它總以同一側面向它的恒星,其公轉週期僅為36小時。

  美國愛達荷大學的物理學教授、論文合著者賈森·巴爾內斯(Jason Barnes)說:“在我們通過引力昏暗效應研究的行星系統中,恒星對KELT-9b的影響是迄今為止最為壯觀的。這項工作有助於將引力昏暗效應與其他測量行星聯珠的技術統一起來,最終我們希望能夠揭開大質量恒星周圍行星形成和演化歷史的秘密。”

  這張動圖展示了行星KELT-9b和它的主星組成的系統。這顆行星的公轉軌道非常靠近主星,公轉週期為36小時。由於距離過近,KELT-9b從其恒星獲得的能量是地球從太陽獲得的能量的4.4萬倍。這使得這顆行星白晝側的溫度大約為4600 K,甚至比一些恒星的表面溫度還高。這種高溫也會促進行星的大氣逸散進太空。中心恒星由於快速旋轉,形狀發生了扭曲,進而產生了一個具有明顯溫度差異的表面——這顆恒星的兩極比它的赤道更亮更熱。

  動圖模擬了KELT-9b的表面。NASA戈達德太空飛行中心的尼科爾·科隆是這篇論文的合著者,他說:“想想這顆恒星的表面溫差是如何影響行星的,真的很有趣。KELT-9b從恒星接收到的能量變化,很可能使之產生一個非常活躍的大氣。”

  這是從地球視角觀測的KELT-9b系統。正對地球的是恒星的一個極點。這顆行星最明顯的淩星發生在恒星熾熱明亮的兩極之一,當它穿過較暗的赤道時,能夠阻擋的光線變少。這種淩星過程中的亮度變化為瞭解恒星表面溫度和亮度變化提供了線索。研究小組從中重建出恒星的橢圓形狀、空間中的方位、表面溫度的範圍以及影響這顆行星的其他因素。

  從KELT-9b行星表面看向恒星的一年。公轉一週的過程中,行星會經曆兩次由恒星表面溫度差異引起的升溫和降溫的過程。在這顆恒星炎熱的極點和較冷的赤道之間,溫差能達到大約800開爾文。這就導致了當行星上會出現位於兩極之上時的“夏天”和位於涼爽的赤道地區時的“冬天”。因此,每36小時,KELT-9b就經曆兩個夏天和兩個冬天。

KELT-9b奇特的季節變化
KELT-9b奇特的季節變化
KELT-9b淩星過程中逸散的大氣使我們觀測到其主星的亮度降低
KELT-9b淩星過程中逸散的大氣使我們觀測到其主星的亮度降低

  借助TESS的研究,為我們展示了KELT-9b主星的形態。這顆恒星的大小是太陽的兩倍,平均溫度比太陽高56%。而它的自轉週期為16小時,大約是太陽的38分之一。如此快速的自傳使它的形狀成為扁橢球體,它的赤道直徑大於極直徑(前者是後者的1.089倍),使極區有較大的表面重力、較高的溫度和亮度,極地與赤道的亮度更是相差了38%。因此,極區為引力增亮,而赤道呈現引力昏暗。

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