一位藝術(shù)家描繪了一顆熾熱的木星噴出大氣層，形成一條巨大的系大氣氣體尾巴(圖片來源:uux.cn/美國國家航空航天局/CXC/M .維斯)
（神秘的地球uux.cn）據(jù)美國太空網(wǎng)（羅伯特·李）：一顆距離地球950光年的行星正在爆炸性地失去它的大氣層，并在這個過程中產(chǎn)生了一個大約18倍木星大小的外行尾巴尾巴。這使得氣體尾巴成為太陽系外最大的星的下巨行星結(jié)構(gòu)之一。
被稱為HAT-P-32 b的恒星太陽系外行星，質(zhì)量約為木星的吹走層留68%，但寬度是系大氣太陽系最大行星的兩倍。HAT-P-32距離其母恒星僅320萬英里，外行尾巴約為地球和太陽距離的星的下巨3%，每2.2天完成一次軌道運行。恒星這種接近意味著這顆氣體巨星受到其母星輻射的吹走層留烘烤，從而將HAT-P-32 b歸類為“熱木星”行星。系大氣
天文學(xué)家用地球上的外行尾巴望遠鏡監(jiān)測了HAT-P-32 b的尾部氣體尾巴，這種尾巴是星的下巨由從大氣層流出的氦氣形成的，包括奧斯汀麥克唐納天文臺德克薩斯大學(xué)的Hobby-Eberly望遠鏡。“我們用長時間序列光譜技術(shù)監(jiān)測了這顆行星和主星，在幾個晚上對恒星和行星進行了觀察，”研究的主要作者，加州大學(xué)圣克魯茲分校天文和天體物理學(xué)系博士后研究員張在一份聲明中說。“我們發(fā)現(xiàn)有一個巨大的氦氣尾與這顆行星相關(guān)聯(lián)。這條尾巴很大——大約是行星半徑的53倍——是由從行星中逸出的氣體形成的。”
通過更多地了解這顆熾熱的木星是如何失去大氣層的，一組研究人員希望構(gòu)建一幅更好的行星演化圖。這可能有助于解決系外行星目錄中缺乏特定行星類型的困惑。
利用熱木星調(diào)查“熱海王星沙漠”
自從20世紀90年代首次發(fā)現(xiàn)太陽系外的第一顆行星以來，系外行星獵人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了超過5000個圍繞遙遠恒星運行的世界，它們的形狀、質(zhì)量和特征各不相同。然而，在我們的系外行星目錄中仍然存在一個令人困惑的空白。
天文學(xué)家已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了大量的木星大小的行星圍繞著它們的恒星運行，雖然數(shù)量較少，但仍有相當(dāng)數(shù)量的地球大小的小行星靠近它們的恒星母體。
然而，似乎缺少的是靠近其母恒星運行的中等大小的行星。天文學(xué)家將這樣的行星稱為“熱海王星”，以類似大小的太陽系冰巨人命名，因此，這些世界的消失被稱為“熱海王星沙漠”。
對這種缺失的一種可能的解釋是，靠近恒星的行星正在被剝奪大氣層，因此正在失去質(zhì)量。

HAT-P-32 b及其氣態(tài)尾的模擬。(圖片鳴謝:uux.cn/張等，Sci。Adv. 9，eadf8736 (2023)。)
“如果我們能夠捕捉到正在失去大氣層的行星，那么我們就可以研究行星失去質(zhì)量的速度以及導(dǎo)致其大氣層逃離行星的機制，”張解釋說。“有一些例子可以看是很好的，比如HAT-P-32 b的實際操作過程。”
該團隊研究了HAT-P-32 b，它是在2011年發(fā)現(xiàn)的，通過觀察來自其母星的光，母星與太陽大小相同，比我們的恒星略熱。當(dāng)熾熱的木星從恒星前面經(jīng)過時，星光會被行星的大氣層過濾掉。
因為化學(xué)元素吸收特定頻率的光，天文學(xué)家可以比較穿過大氣層的星光和沒有穿過大氣層的星光，幫助他們確定行星大氣層的化學(xué)成分。尋找這些吸收間隙被稱為“透射光譜學(xué)”
對HAT-P-32 b進行透射光譜分析顯示，當(dāng)該行星穿過恒星時，星光中有很深的氦吸收線。
“氦的吸收比我們預(yù)期的恒星大氣中的強。這種過量的氦吸收應(yīng)該是由行星的大氣造成的，”張說。“當(dāng)行星凌日時，它的大氣層如此巨大，以至于它阻擋了吸收氦線的部分大氣層，這導(dǎo)致了這種過量吸收。這就是我們?nèi)绾伟l(fā)現(xiàn)HAT-P-32 b是一顆有趣的行星。”
但是，為了更好地理解它，他們使用德克薩斯高級計算中心(TACC)的Stampede2超級計算機創(chuàng)建了這顆熱木星的3D模擬。對這顆行星的計算機模擬顯示，它甚至比這些觀察所顯示的還要有趣。
由哈佛-史密森天體物理中心理論和計算研究所研究員摩根·麥克勞德及其同事開發(fā)的計算機模擬模擬了行星氣體流出和母星恒星風(fēng)之間的相互作用。
這表明行星外流在它的軌道路徑上既跟隨又領(lǐng)先HAT-P-32 b。
研究小組還計算了這顆行星的質(zhì)量損失率，發(fā)現(xiàn)HAT-P-32 b需要400億年才能完全失去大氣層。然而，這個星球不太可能存活這么久；像這顆行星的宿主星HAT-P-32 A這樣的f型恒星只有20到40億年的壽命，之后它們會耗盡核心用于核聚變的氫。
這導(dǎo)致恒星的核心坍塌，核聚變?nèi)栽谶M行的外層膨脹。這使得恒星的半徑增加了100倍，導(dǎo)致了紅巨星的產(chǎn)生。當(dāng)HAT-P-32 A經(jīng)歷這一過程時，系外行星距離它如此之近，以至于它和它剩余的大氣層都有可能被吞沒。
在未來，該團隊打算研究類似HAT-P-32 b的其他行星，以觀察它們的演化。此外，超級計算機模型背后的研究人員現(xiàn)在將開發(fā)其他復(fù)雜的系外行星動力學(xué)模擬。
這可以提供模擬，可以模擬其他影響，如行星大氣中氣體的混合，甚至風(fēng)如何在距離地球數(shù)百甚至數(shù)千光年的行星大氣中運動，這些影響對于當(dāng)前的望遠鏡來說太遠了。
“現(xiàn)在是時候用超級計算機的計算能力來實現(xiàn)這一點了，”張總結(jié)道。“我們需要計算機根據(jù)理論的最新進展做出真正的預(yù)測，并解釋數(shù)據(jù)。超級計算機在模型和數(shù)據(jù)之間架起了橋梁。”
該團隊的研究發(fā)表在《科學(xué)進展》雜志上。

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