一颗比太阳还热的“木星”

往事随风760

WD 0032–317的相位径向速度曲线。a，WD 0032–317的Hα线的拖尾UVES光谱(蓝色代表较低的通量，黄色代表较高的通量)，在轨道周期内折叠(P = 8340.9090 s)。在蓝色中可以清楚地看到初级吸收。伴星(黄色)的发射与主星反相出现，只能从受辐射的昼侧看到，在轨道相位~ 0.2–0.8之间。它的“倒置”形状，特别是在接近正交时明显，是NLTE效应的结果58。b，白矮星(蓝色圆圈)和受辐射的伴星(红色钻石)的径向速度曲线(上图)，在轨道周期内折叠(P = 8340.9090 s)。主曲线(次曲线)的最佳拟合曲线在两个面板上都用蓝色虚线(红色虚线)标出。下图显示了白矮星成分(中间)和受辐射的伴星(底部)的残留物。误差条显示标准偏差。b顶部的插图展示了系统在每个轨道阶段的配置。学分:自然天文学(2023)。DOI: 10.1038/s41550-023-02048-z

据魏茨曼科学研究所：寻找系外行星——围绕位于太阳系边界之外的恒星运行的行星——是天体物理学的一个热门话题。在各种类型的系外行星中，有一种在字面上是热的:热木星，这是一类在物理上与我们邻居的气态巨行星木星相似的系外行星。

与“我们的”木星不同，热木星的轨道非常靠近它们的恒星，在短短几天甚至几小时内完成一个完整的轨道，并且——如其名称所示——具有极高的表面温度。它们对天体物理学界有着巨大的吸引力。然而，它们很难研究，因为来自附近恒星的强光使它们很难被探测到。

现在，在今天发表在《自然天文学》上的一项研究中，科学家们报告了一个由两个天体组成的系统的发现，这两个天体距离我们大约1400光年，它们一起为研究热木星大气层以及推进我们对行星和恒星演化的理解提供了一个绝佳的机会。

这个双星系统是迄今为止已知的温度最极端的双星系统，是通过分析位于智利的欧洲南方天文台的甚大望远镜收集的光谱数据发现的。

该研究的主要作者Na'ama Hallakoun博士是魏茨曼科学研究所粒子物理和天体物理学部门Sagi Ben-Ami博士团队的博士后，他说:“我们已经确定了一个类似木星的恒星轨道，是迄今为止发现的最热的物体，比太阳表面热约2000度。

她补充说，与眩光模糊的热木星不同，可以看到和研究这个物体，因为它与它所围绕的主恒星相比非常大，主恒星比普通恒星暗1万倍。“这使得它成为未来研究热木星极端条件的完美实验室，”她说。

哈拉昆的新发现是她在2017年与她在特拉维夫大学的博士顾问丹·毛兹教授进行的研究的延伸，可能会更清楚地了解热木星，以及双星系统中恒星的演化。

具有“类似月亮”方位的巨大褐矮星

Hallakoun和他的同事们发现的双星系统包括两个天体，它们都被称为“矮星”，但性质非常不同。一颗是“白矮星”，是一颗类似太阳的恒星耗尽核燃料后的残留物。这对恒星中的另一部分，不是行星也不是恒星，是一颗“褐矮星”——质量介于木星这样的气体巨星和小恒星之间的一类物体中的一员。

褐矮星有时被称为失败的恒星，因为它们的质量不足以驱动氢聚变反应。然而，与气态巨行星不同，褐矮星的质量足以在恒星伙伴的“拉力”下存活。

“恒星的引力会导致太近的物体分裂，但这颗褐矮星密度很大，质量是木星的80倍，体积只有木星那么大，”哈拉昆说。这使得它能够完整地生存下来，并形成一个稳定的二元系统。"

当一颗行星的轨道非常靠近其恒星时，作用在行星近侧和远侧的重力差会导致行星的轨道周期和自转周期同步。这种现象被称为“潮汐锁定”，将行星的一侧永久锁定在面对恒星的位置，类似于地球的月亮总是面对地球，而其所谓的“黑暗面”仍然看不见。潮汐锁定导致受到直接恒星辐射轰击的“昼侧”半球和另一个面向外的“夜侧”半球之间的极端温差，后者接收的辐射量要小得多。

来自恒星的强烈辐射导致热木星极高的表面温度，Hallakoun和她的同事对配对的白矮星-褐矮星系统进行的计算显示了事物可以变得多热。通过分析该系统发出的光的亮度，他们能够确定轨道运行的褐矮星两个半球的表面温度。

他们发现，太阳面的温度在7250到9800开尔文(约7000到9500摄氏度)之间，与A型恒星(类似太阳的恒星，质量可能是太阳的两倍)一样热，比任何已知的巨行星都热。另一方面，阴面的温度在1300到3000开尔文(约1000到2700摄氏度)之间，导致两个半球之间的极端温差约为6000度。

对未开发地区的罕见一瞥

Hallakoun说，她和她的同事发现的系统为研究极端紫外线辐射对行星大气的影响提供了一个机会。这种辐射在各种天体物理环境中扮演着重要的角色，从恒星形成区域，通过围绕恒星形成行星的原始气体盘，到行星本身的大气层。这种强烈的辐射会导致气体蒸发和分子破裂，对恒星和行星的演化都有重大影响。但这还不是全部。

“白矮星在这个系统中形成仅仅100万年——在天文尺度上这是一段很短的时间——我们已经罕见地一瞥这种致密双星系统的早期，”Hallakoun说。她补充说，虽然单星的演化已经相当为人所知，但相互作用的双星系统的演化仍然知之甚少。

“热木星是可居住行星的对立面——它们是非常不适合生命的地方，”Hallakoun说。“未来对这个类热木星系统的高分辨率光谱观测——理想情况下是用美国宇航局的新詹姆斯·韦伯太空望远镜进行的——可能会揭示炎热、高度辐射的条件如何影响大气结构，这可能有助于我们了解宇宙中其他地方的系外行星。”