神秘的“金属战神”系外行星HD 149026 b大气中发现水的证据 _系外行星

Smertrios行星围绕其黄矮星运行，周围环绕着一个蓝色光环，代表其大气中的水（图片来源：Robert Lea（与Canva共同创建））
据美国太空网（Robert Lea）：天文学家可能已经在一颗炽热的行星的大气层中发现了水的存在，这颗行星也是有史以来发现的最“金属”世界之一。这颗行星的形成仍然是一个谜，可以通过这一发现来解决。
所讨论的太阳系外行星或“系外行星”是HD 149026 b，也被称为“Smertrios”，意思是“Purveyor”或“提供者”，在盖尔传统中被尊为战神。Smertrios围绕一颗名为HD 149026的黄色亚巨星运行，该恒星距离地球约247光年。
这颗行星距离其母恒星约400万英里，在不到三个地球日的时间内完成一个轨道。斯默特里奥斯的宽度约为木星的四分之三，被归类为“热土星”，这是一类以太阳系较小的气态巨星命名的行星。
Smertrios与其恒星的接近意味着它在潮汐上被一个永久的日侧锁定，该日侧始终面向其主星，那里的温度高达2600华氏度（1420摄氏度）。相对凉爽的夜晚总是面向太空。但是，Smertrios的密度和组成，是2005年它穿过或“穿越”恒星表面时发现的，这才是真正让它变得奇怪的地方。
“热土星是一种被称为‘热气体巨星’的系外行星。热气体巨星是指大小与木星或土星相似，但绕其主星运行距离极近的系外星球。通常，它们的轨道周期不到十天，这意味着这些行星上的一年可能不到一周！”该发现背后的团队成员、东京大学天文学研究员赛义德·阿里·拉菲告诉Space.com 。“这颗行星特别有趣，因为它是迄今为止我们所知的金属最丰富、密度最大的气体巨星之一。”
当像阿里·拉菲这样的天文学家提到“金属”时，它们是比氢和氦重的元素。当詹姆斯·韦伯太空望远镜（JWST）在2023年观测斯默特里奥斯时，这台强大的太空望远镜发现，这颗行星的金属丰度，即金属与氢的比例，远高于大多数热土星和更大的热木星。斯默特里奥斯的这一比例也比太阳系巨星木星和土星大得多。
金属通常被认为与气态巨行星的质量成反比。这意味着一个天然气巨头越大，它应该拥有的金属就越少。斯默特里奥斯无视这一趋势。这颗行星还被发现有一个异常大的固体核心，这就是为什么它的密度如此之高。
阿里·拉菲说：“这颗行星的组成似乎与我们目前对热气巨星的形成方案不符，直到今天，这仍然是一个谜。” 。“这表明了观测行星大气层的重要性，因为它可以通过其大气特性（如金属量和碳氧比）帮助揭示行星的形成历史。”
斯默特里奥斯的风向是怎样的？
为了研究Smertrios的奇怪大气，并希望发现为什么这颗行星如此“金属”，Ali Rafi和他的同事转向了西班牙卡拉尔阿托天文台的CARMENES光谱仪。
元素和化学分子吸收和发射特征波长的光。当像Smertrios这样的行星经过其恒星表面时，其大气层中的元素会在过滤后的星光中留下“指纹” 。卡门可以读取这些指纹，告诉天文学家大气层是由什么组成的。
用CARMENES对Smertrios的调查揭示了水蒸气的指纹。这有助于更好地限制地球大气层中其他元素的丰度。
Ali Rafi解释说，假设Smertrios等热气巨星的大气中元素氧比元素碳更丰富，这意味着水和一氧化碳是可以解释该大气性质的两种最丰富的“示踪剂”物种。
“因此，如果我们能限制这两种分子的丰度，我们就能限制大气中的碳氧比，这非常重要，因为它可以作为HD 149026 b等气态巨行星形成和演化历史的一种示踪剂特征，”Ali Rafi补充道。“在大气中寻找水是这种表征的第一步，因此它很重要。”

斯默特里奥斯（中）海王星（左）和木星（右）的大小比较（图片来源：Robert Lea（与Canva共同创建））
然而，这并不是团队对Smertrios的全部发现。这颗炽热的土星行星给研究人员带来了相当大的惊喜。
通常，在潮汐锁定的热气巨星上，炎热的白天和较冷的夜晚之间的巨大温差会产生极快的大气风，速度可达5000英里/小时（8046公里/小时）。
这些风通常从这些行星的白天吹到夜晚，因为大多数其他行星上的风从高温区域移动到低温区域。然而，斯默特里奥斯的风似乎正朝着相反的方向吹，从地球的夜晚到白天。
阿里·拉菲解释说：“因为我们在行星凌日时看到了它，吹向夜晚的风意味着它们吹向观察者的方向，这将导致行星吸收光谱蓝移。” 。“然而，我们发现它发生了红移，这对我们来说是一个很大的惊喜。我们可以想到几种可能解释事实的情况，即实际上可能有风从夜晚吹到白天。”
阿里·拉菲解释说，一种可能性是，这些风可能发生在深层大气中，导致光谱红移。研究人员补充说，另一种可能性是Smertrios的轨道不是圆形的，而是扁平的或“偏心的”，这可能会导致团队没有考虑的光谱发生变化。
阿里·拉菲补充道：“我们需要额外的观察来证实这些情况，甚至是否有其他替代方案。” 。
天文学家现在将继续研究这个奇怪的热土星，以确认水蒸气的探测。
阿里·拉菲总结道：“需要更多关于这颗行星的凌日观测数据来跟进我们的结果。我们现在正在努力确认水的证据，寻找其他大气物种，并限制它们的丰度，以更精确地估算金属丰度和碳氧比。” 。“希望这能帮助我们阐明Smertrios的形成和进化历史！”
该团队研究的同行评审前版本发表在论文库网站arXiv上。