韦伯在系外行星WASP-17b云层中发现石英晶体

发布单位:台北市立天文科学教育馆

  这是詹姆斯·韦伯太空望远镜中红外成像-光谱仪(MIRI)于2023年3月12日至13日拍摄的热气体巨型系外行星WASP-17 b的透射光谱,首次揭示了系外行星云层中存在石英(晶体二氧化硅,SiO2)的证据。这是第一次在系外行星中发现二氧化硅,也是首次在凌日系外行星中发现特定云种。

詹姆斯·韦伯太空望远镜中红外成像-光谱仪所拍摄WASP-17b的透射光谱。This is a transmission spectrum of the hot gas giant exoplanet WASP-17 b captured by the NASA/ESA/CSA James Webb Space Telescope's innovative Mid-Infrared Instrument (MIRI) on 12–13 March 2023. It reveals the first evidence for quartz (crystalline silica) in the clouds of an exoplanet. Credit: NASA, ESA, CSA, R. Crawford (STScI), D. Grant (University of Bristol), H. R. Wakeford (University of Bristol), N. Lewis (Cornell University)
图说:詹姆斯·韦伯太空望远镜中红外成像-光谱仪所拍摄WASP-17b的透射光谱。图片来源:ASA / ESA / CSA / R. Crawford, STScI / D. Grant, University of Bristol / H.R. Wakeford, University of Bristol / N. Lewis, Cornell University

  WASP-17b位于天蝎座,距离地球约1,300光年,于2009年首次被发现,绕着F型主序星WASP-17运行。WASP-17b的体积是木星的7倍多,质量不到木星的一半,是已知最大的系外行星之一。再加上它的轨道周期仅3.7个地球日,这使得这颗行星成为透射光谱学的理想选择。当它们凌日时,一些星光会穿过行星的大气层,大气中的粒子,如水蒸气、二氧化碳、甲烷等会吸收部分光,这种吸收发生在特定波长的光下,透过研究星光被吸收的波长,可以确定大气中存在哪一种粒子。

  该光谱是透过测量行星凌日时28个中红外光波段的亮度变化而得出的,韦伯使用MIRI的低解析度摄谱仪对WASP-17系统进行了近10个小时的观测,在凌日之前、期间和之后收集了超过1,275个测量数据。透过从恒星本身的亮度中减去当行星位于恒星前方时到达望远镜的各个波长的光亮度,计算出每个波长被行星大气层阻挡的光量(图中白色圆点)。紫色实线是韦伯MIRI、哈勃和史匹哲观测数据的最佳拟合模型(哈勃和史匹哲数据涵盖0.34~4.5微米的波长,图中未显示)。光谱显示在8.6微米附近有一个明显的特征,天文学家认为这是由二氧化硅颗粒吸收了部分穿过大气层的星光所造成的。黄色虚线则显示若WASP-17 b大气中的云层不含二氧化硅的光谱会是什么样子。至于到底有多少二氧化硅以及其云层有多普遍,目前仍难以确定。相关研究成果发表于《the Astrophysical Journal Letters》期刊上。(编译/台北天文馆赵瑞青)

资料来源:ESA

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