8月17日消息，有史以來第一次，天文學家在太陽系外的行星大氣層中發(fā)現(xiàn)了鐵和鈦。 這顆名為KELT-9b的系外行星是迄今為止發(fā)現(xiàn)的最熱的外星世界，甚至比大多數(shù)恒星還要熱。

這顆酷熱的系外行星位于天鵝座，距離地球約620光年，被天文學家稱為“超熱木星”。 KELT-9b是一個巨大的氣態(tài)星球，就像我們太陽系中最大的行星 - 木星。但它要大得多，質量是木星質量的三倍，直徑是木星直徑的兩倍，而且它的軌道非常接近它的熱母星KELT-9。

“超熱木星”是一個非官方的術語，指溫度超過3100華氏度(1700攝氏度)的熱木星系外行星。參與這項研究的瑞士伯爾尼大學天體物理學家凱文?亨（Kevin Heng）講到，這些行星“非常熱，以至于他們與恒星有一些相似之處，雖然它們是行星”。 KELT-9b的溫度可達7,800華氏度（4,300攝氏度）。

這種破紀錄的高溫使天文學家能夠探測KELT-9b大氣中的鐵和鈦。長期以來，研究人員一直懷疑這些元素存在于一些系外行星上――鐵是宇宙中最豐富的元素之一――但在較冷的環(huán)境中很難探測到它們，因為這些原子大多“被困在其他分子中”，亨說。 然而，KELT-9b非常熱，云層不會在大氣層中凝結，允許鐵和其他金屬的單個原子獨立存在。

鈦曾在一顆系外行星的大氣層中被發(fā)現(xiàn)過――但不是以原子的形式。2017年9月，使用哈勃太空望遠鏡的天文學家宣布他們在名為Kepler-13A的系外行星的大氣層中發(fā)現(xiàn)了二氧化鈦（由一個鈦原子和兩個氧原子組成的分子）。

天文學家可以通過觀察來自太空物體的光譜來探測不同的元素。 由于這顆系外行星并不發(fā)出自己的光，因此亨和他的研究小組研究了在凌日過程中收集的望遠鏡數(shù)據(jù)。

很方便的是，在亨和他的合著者決定著手這項研究之前，這些數(shù)據(jù)就已經存在了。他在日內瓦大學的同事們利用光譜數(shù)據(jù)在KELT-9b大氣中尋找氫之后，“他們實際上把這些數(shù)據(jù)保存在抽屜里，因為沒有理由去尋找鐵或鈦，” 亨說，“然后，幾個月前，我們做了一項理論研究，預測那里會有鐵和鈦，這使我們開始展開搜索。”

利用來自西班牙拉帕爾馬伽利略國家望遠鏡的一年前的數(shù)據(jù)，研究人員開始在持續(xù)時間超過4小時的凌日過程中尋找KELT-9b大氣光譜中的金屬元素跡象。這些數(shù)據(jù)是用一種叫做HARPS的光譜儀采集的，HARPS是一種高精度徑向速度行星探測器。

“當你把光分成光譜時，不同的原子或分子都有一個獨特的‘指紋’，”亨說，“只要有足夠的分辨率，足夠好的數(shù)據(jù)，每個分子都有一個獨特的指紋?！痹谧匀浑s志網站上的一篇博客文章中，亨和他的團隊已經懷疑KELT-9b大氣中存在鐵和鈦的指紋，要找到這些元素的指紋需要“高性能計算技術的結合、光譜數(shù)據(jù)庫的精心管理以及對細節(jié)的細致關注”。

亨的團隊向伯爾尼大學的天體物理學家西蒙?格林（Simon Grimm）尋求幫助，“他是原子和分子不透明度計算方面的專家?！焙嘣诓┛臀恼轮袑懙?，“這些不透明度物的計算并不容易，因為我們需要評估數(shù)百萬至數(shù)十億條譜線的強度和形狀?！?/p>

之前研究KELT-9b大氣中氫的時候能夠發(fā)現(xiàn)光譜中有很強的氫吸收譜線，而不需要像亨和他的團隊那樣做更復雜的相互關系分析來發(fā)現(xiàn)鐵和鈦。為尋找氫而收集數(shù)據(jù)的天文學家缺乏對鐵等金屬進行認真研究的理論動機。

7月2日發(fā)表在《自然天文學》雜志上的另一項研究表明，氫實際上是從KELT-9b的大氣中“蒸騰”出來的，并被吸入了這顆行星的母恒星。馬普天文研究所的天文學家、這項研究的第一作者費燕（Fei Yan）在電子郵件中寫道：“有可能重金屬元素可能也在逃逸，因為劇烈的氫逃逸可以將重元素“拖”到大氣層中。”

雖然KELT-9b大氣中的鐵和鈦是一個巨大的發(fā)現(xiàn)，但亨補充道：“技術本身也非常令人興奮”。 “這與我們將用于檢測生物學特征或生物印記的技術相同，”亨說?！霸诘厍蛏?，我們認為它是氧和一些其他模糊的分子，但我們不知道一般的生物印記是什么。如果你知道它們是什么，那你就可以使用完全相同的技術在較冷、較小的行星中檢測這些分子“。

天文學家不太可能在這個地獄般的星球上找到任何生命跡象，但亨和他的團隊在KELT-9b的光譜中找到了一些其他有趣的元素。亨說道：“我現(xiàn)在還不想透露太多，但我們已經找到了其他金屬。我們也在努力讓哈勃太空望遠鏡有時間去尋找水。我們目標是最終探明該星球具有的所有元素”。 哈勃還將能夠提供有關KELT-9b天氣的一些信息。 他說：“這個星球上應該會有暴風雨吧?！?/p>

（馬克克）