天文學家在系外行星大氣中探測到比鐵還重得多的元素

葡萄牙波圖大學（Universidade do Porto）和葡萄天體科學與科學研究院（Instituto de Astrofísica e Ciências do Espaço）的博士生湯馬士·阿澤維多·席爾瓦（Tomás Azevedo Silva）利用歐洲南方天文台的甚大望遠鏡（Very Large Telescope），天文學家在系外行星大氣中發現重元素鋇（Barium）。他們驚訝，在超高溫氣體巨星 WASP-76b 和 WASP-121b（兩顆系外行星，它們圍繞太陽系外的恆星運行的行星）的大氣中的高海拔地區發現鋇這些重元素。這個出人意料的發現引發天文學家對這些奇異大氣可能是什麼樣子的質疑。

席爾瓦表示，令人費解是，為什麼這些行星的大氣層上層會有這麼重的元素？WASP-76b 和 WASP-121b 不是普通的系外行星，是稱為超熱木星類的系外行星，因為它們的大小與木星相當，同時具有高達 1,000°C 以上的極高表面溫度。這是因為它們靠近宿主恆星，這也意味著圍繞每顆恆星的軌道只需一到兩天。使到這些行星具有相當奇特的特徵；例如，在 WASP-76b 中，天文學家懷疑會下鐵雨。

但即便如此，天文家還驚訝地在 WASP-76b 和 WASP-121b 的高層大氣中發現比鐵重2.5倍的鋇。鑑於行星的高重力，預計鋇等重元素會迅速落入大氣層的較低層。

席爾瓦說：「某種程度上，這次是一個偶然的發現。我們沒有特別期待或尋找鋇，因此不得不反複檢查它是否真的來自這顆行星，因為它以前從未在任何系外行星上見過。」

在這兩個超熱木星的大氣中都檢測到鋇這一個事實顯示，這類行星可能比以前想像的還要奇怪。雖然我們偶爾會在自己的天空中看到鋇，就像煙花中的亮綠色，但天文學家的問題是，什麼樣的自然過程會導致這種重元素在這些系外行星中處於如此高的高度。​​目前，我們不確定形成的機制是什麼。

在研究系外行星大氣時，超熱木星非常有用。由於氣態和高溫，它們的大氣層非常廣闊，因此比那些更小或更冷的行星更容易觀察和研究。

確定係外行星大氣的成分需要非常專業的設備。該團隊在智利歐洲南方天文台的甚大望遠鏡上使用用於岩石系外行星和穩定光譜觀測的階梯光譜儀來分析已通過 WASP-76b 和 WASP-121b 的大氣層過濾的星光。這使得可以清楚地檢測其中的幾種元素，包括鋇。

這些新結果顯示，我們只觸及了系外行星之謎的表面。借助未來的儀器，例如高分辨率的高色散階梯光譜儀，它將在 歐洲南方天文台即將落成的超大望遠鏡（Extremely Large Telescope）上運行。屆時天文學家能夠研究大大小小的系外行星的大氣，包括岩石行星的大氣類似於地球，更深入，並收集更多關於這些奇怪世界性質的線索。

【圖、文：節譯自歐洲南方天文台2022年10月13日新聞公佈】研究全文刊登在2022年10月13日出版的《天文學及天文物理學報》；標題是：Detection of barium in the atmospheres of the ultra-hot gas giants WASP-76b and WASP-121b