科学家首次于300光年外的系外行星发现同位素

发布单位:台北市立天文科学教育馆

  在一颗名为TYC 8998-760-1b的气态系外行星周围的薄雾中,天文学家检测到另一种碳的形式,碳13,这是首次在距离地球300光年的异世界中发现的同位素,该发现表明这颗系外行星是在距离母恒星极其遥远的寒冷地带所形成的。

  TYC 8998-760-1b属于较为罕见的系外行星,科学家于2019年使用直接影像法发现该天体,2020年确认其行星身份,与恒星相较之下,而行星非常昏暗,所以我们通常透过检测它们对主星的影响来识别它们,要么是通过引力作用(径向速度法),要么是它们从恒星前面经过时使恒星的光线逐渐变暗(凌日法)。

  这些技术适用于离恒星较近的行星,但TYC 8998-760-1b绕恒星运行的距离相当远,长达160个天文单位,与此相对,海王星绕太阳公转的距离约为30个天文单位。这颗系外行星也是个庞然大物,质量约为木星的14倍,体积则是木星的1.4倍,这意味着它反射的星光相对明亮。因此,研究小组仔细观察了这颗行星的反射光,看看它是否能提供什么特别的资料。

  科学家利用摄谱仪取得该天体的光谱资料,当特定波长的光被元素吸收时,就会出现光谱中的黑线,研究人员发现,TYC 8998-760-1b吸收的光波长与碳13的光谱暗线一致,可能主要与一氧化碳气体有关。碳12是最常见的稳定元素,而它的同位素共有十五种,其中碳13有6个质子和6个电子,但有7个中子,这很重要,因为它们的形成方式较为不同。

  在TYC 8998-760-1b上,研究人员预计会有一定数量的碳,而他们在这颗系外行星的大气中发现碳13的含量是预期中的两倍,在如此遥远的距离,低温环境可能造就了更多的碳-13,导致这颗行星的大气中这种同位素的比例更高。科学家推测该星体的气形成位置应该在一般的一氧化碳雪线更外面。

同位素的比例,受到形成位置的影响。
同位素的比例,受到形成位置的影响。

  任何在远离恒星的地方形成的系外行星都会包含一些一氧化碳,由于太阳系中已知的行星距离太阳比该天体更近,所以它们在形成时不会像TYC 8998-760-1b那样含有那么多的一氧化碳冰。但是,在太阳系的行星中也有类似的同位素现象,海王星和天王星的氘含量比木星高,氘是一种氢的同位素,这是由于天王星及海王星的形成位置远超过水的雪线。

  对于其它的许多系外行星来说,探测大气中的同位素几乎不可能做到,但随着我们的望远镜不断改进,它可以提供一种研究系外行星的形成方式。科学家期望在未来,系外行星同位素的发现将进一步帮助我们确切地了解行星是如何、何时、何地形成的,这个结果仅仅是个开始,该研究已经发表于《自然》期刊上。(编译/台北天文馆技佐许晋翊)

资料来源:Science Alert

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