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科学家首次测量到系外行星大气中的同位素

2021-07-27 15:52     来源:cnBeta     原子核放射性同位素
据外媒报道,一个国际天文学家团队--包括来自马克斯·普朗克天文研究所的科学家--成为世界上首批探测到系外行星大气中的同位素的科学家。它涉及的是位于Musca (Fly)星座300光年外的气态巨行星TYC 8998-760-1 b中不同形式的碳。微弱的信号是由位于智利的ESO超大望远镜测量到的,这似乎表明这颗行星的碳13含量相对丰富。

天文学家假设这是因为这颗行星形成于离其母恒星很远的地方。这项研究将发表在科学杂志《自然》上。

同位素是同一原子的不同形式,其在原子核中有着不同数量的中子。例如,有6个质子的碳通常有6个中子(碳12),但偶尔有7个(碳13)或8个(碳14)。不过这种性质并没有改变碳的化学性质。尽管如此,同位素的形成方式不同,对当时的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发现了年轻巨行星TYC 8998-760-1 b的大气中这些同位素之间的不寻常比例。碳主要以CO(一氧化碳)气体的形式存在。这颗行星本身的质量约为木星的14倍,体积几乎是木星的两倍。因此,天文学家把它归类为超级木星。

由论文第一作者、荷兰莱顿天文台博士生Yapeng Zhang领导的这组科学家成功地区分了碳13和碳12。Zhang指出:“我们能在这么远的距离外在系外行星的大气层中测量到这一点真的很特别。”天文学家们曾预计,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。他们的想法是,碳13含量更高,这跟系外行星的形成存在某种关联。

Mollière解释称:“这颗行星到其母恒星的距离是地球到太阳的距离的150多倍。在如此遥远的距离,冰可能已经形成了更多的碳13,并导致这种同位素在今天的行星大气中的比例更高。”假设碳13的富集跟形成行星的原行星盘中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很多富含碳13的冰。一个原因可能是,在太阳系中,超出CO开始从气相中冻结的距离即CO雪线,位于海王星轨道之外。因此,CO冰可能很少被纳入太阳系的行星,从而导致较高的同位素比率。据悉,Mollière编写了数据分析软件并对分析结果做出了贡献。

这颗系外行星TYC 8998-760-1 b是在两年前由莱顿大学的博士生、这项研究的论文合著者Alexander Bohn发现。他补充道:“这一发现离‘我的’行星很近,这真是太棒了。这很可能是以后许多事情的开始。”

莱顿大学教授Ignas Snellen多年来一直是这门学科的推动力量。“我们期望在未来,同位素将进一步帮助我们准确地了解行星是如何、在哪里和何时形成的。这个结果仅仅是个开始。”

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