来自遥远星球的光谱线索-光谱分析为新生'热木星'提供适用标准

2019 年 7 月 18 日 中国物理学会期刊网

原文作者：Rice University

内容来源：ScienceDaily

翻译整理：北向

编辑排版：临近空间的奥秘编辑组

CI Tau b是一个神秘的行星。但是通过光谱研究它的质量，亮度和大气中的一氧化碳，人类开始试着解释如何在一颗仅有200万年历史的恒星周围形成如此大的行星的现象。

▲原行星盘概念图 |Mopic / Adobe Stock

在6月10号的美国天文学会会议上，莱斯大学的天文学家Christopher Johns-Krull和洛厄尔天文台的Lisa Prato介绍了CI Tau b（近轨道巨型系外行星，或“热木星”）的近红外光谱分析结果。CI Tau b距地球约450光年。

“令人兴奋的是，我们能够直接探测到来自CI Tau b的光线。”物理和天文学教授Johns-Krull说。教授Johns-Krull是这项研究的参与者之一，该研究计划在 AstrophysicalJournal Letters上发表。“了解行星如何形成的最有价值的方法是在它们仍在形成或刚刚形成时就研究它，如CI Tau b。”

几十年来，大多数天文学家认为像木星和土星这样的巨行星在1000万年或更长时间内远离它们的恒星。但是，几十个“热木星”的发现导致了新的理论模型，描述了这些行星可能形成的方式。

ohns-Krull表示，CI Tau b的年龄使其成为观察的理想候选者。观测仪器选用浸入式光栅红外光谱仪（Immersion Grating Infrared Spectrograph, IGRINS），这是一种独特的高分辨率仪器。用于观察的McDonald天文台的2.7米Harlan J. Smith望远镜和Lowell天文台的4.3米的Discovery Channel望远镜都使用了IGRINS。

因为恒星中的每个原子元素和分子都从一组独特的波长发出光，所以天文学家可以寻找特定的特征或谱线，以查看一个元素是否存在于遥远的恒星或行星中。光谱线还可以显示恒星的温度和密度以及它移动的速度。

普拉托说，研究小组利用一氧化碳的光谱线来区分行星发出的光和附近恒星发出的光。

普拉托说：“CI Tau b上的许多谱线在恒星中也存在。如果行星和恒星都是静止的，它们的光谱线将全部融合在一起，我们就无法分辨出恒星是什么以及来CI Tau b的是什么。但是因为行星迅速围绕恒星运行，它的线条我们可以减去恒星的直线，只看到来自行星的直线。从这些直线上，我们可以确定行星相对于恒星的亮度，它告诉我们它是如何形成的。“

那是因为恒星或行星的亮度取决于它的大小和温度。

“直接的光谱观测对于CI Tau b的质量和亮度的证明计算特别有用，同时我们也能知道它围绕一颗非常年轻的恒星运行，”Rice博士说。学生Laura Flagg，即将进行的研究的主要作者：“我们发现的大多数热木星都是围绕着中年恒星运转。Ci Tau的年龄严格限制了模型的极限：它们可以在如此短的时间内生产出这么明亮的星球吗？”

Flagg对一氧化碳谱线的分析表明，CI Tau b的质量为11.6 倍的木星，比其母星暗约134倍。Flagg表示，它提供了强有力的证据，证明它是通过“热门启动（hot start）”形成的，这是一个理论模型，描述了引力不稳定性如何能够比传统模型更快地形成巨行星。

Flagg说，这项新研究提供了一个独特的标准来衡量其他理论。

“在大约200万年前，CI Tau b是迄今为止直接探测到的最年轻的热木星，”她说。“我们现在拥有它的质量和亮度，这是唯一一个年轻的热木星测量得到的质量和亮度，这为行星形成模型提供了非常强大的数据支持。”

由研究共同作者，德克萨斯大学奥斯汀分校的Daniel Jaffe设计的IGRINS使用硅基衍射光栅来改善可从CI Tau b及其母星等远距离物体观察到的近红外光谱带的分辨率和数量。在研究过程中，IGRINS从McDonald搬到Lowell天文台。

参考文献：

LauraFlagg, Christopher M. Johns-Krull, Larissa Nofi, Joe Llama, L. Prato, KendallSullivan, D. T. Jaffe, Gregory Mace. CODetected in CI Tau b: Hot Start Implied by Planet Mass and M_K. arXiv.org, June 7, 2019(submitted)