美国国家航空航天局数据揭示了一些系外行星正在缩小的可能原因

这位艺术家的概念展示了次海王星系外行星TOI-421 b可能的样子。在一项新的航空航天研究中，科学家们发现了新的局数据揭证据，表明这些类型的示系缩行星如何失去大气层。图像：uux.cn/美国国家航空航天局、外行欧空局、星正加空局和D. Player公司
（神秘的美国地球uux.cn）据美国宇航局喷气推进实验室：一项新的研究可以解释超级地球和亚海王星之间“失踪”的系外行星。
一些系外行星似乎正在失去大气层并缩小。航空航天在一项使用美国国家航空航天局退役的局数据揭开普勒太空望远镜的新研究中，天文学家找到了一个可能原因的示系缩证据:这些行星的内核正在从内向外推开它们的大气层。
系外行星(太阳系外的外行行星)有各种大小，从小的星正岩石行星到巨大的气态巨行星。中间是美国多岩石的超级地球和有着蓬松大气的更大的亚海王星。但是航空航天，科学家们一直在努力更好地了解一个明显的局数据揭缺失，即“大小差距”，即大小在地球1.5到2倍之间(或介于超级地球和亚海王星之间)的行星。
“科学家们现在已经确认探测到了超过5000颗系外行星，但直径在地球1.5至2倍之间的行星比预期的要少，”加州理工学院/IPAC研究科学家杰西·克里斯蒂安森说，他是美国国家航空航天局系外行星档案馆的科学负责人，也是《天文学杂志》新研究的第一作者。“系外行星科学家现在有足够的数据可以说这个差距不是侥幸。有什么东西在阻碍行星达到和/或停留在这个大小。”
研究人员认为，这种差距可以解释为某些次海王星随着时间的推移失去了他们的大气。如果行星没有足够的质量，因此没有足够的引力来抓住它的大气层，这种损失就会发生。因此，质量不够大的亚海王星会缩小到超级地球的大小，留下两个行星大小之间的差距。
但是这些行星是如何失去大气层的仍然是个谜。科学家们已经确定了两种可能的机制:一种被称为核心动力质量损失；另一个是光蒸发。这项研究发现了支持第一种观点的新证据。

这张信息图详细描述了系外行星的主要类型。科学家们一直在努力更好地理解介于超级地球和亚海王星之间的行星的“大小差距”，或明显缺失。图片：uux.cn/美国宇航局/JPL加州理工学院
解开谜团
克里斯蒂安森说，随着时间的推移，当行星的热核心发出的辐射推动大气层远离行星时，就会发生核心动力质量损失，“这种辐射正在从下面推动大气层”。
行星间隙的另一个主要解释是光蒸发，当行星的大气层被其宿主恒星的热辐射吹走时就会发生。在这种情况下，“来自恒星的高能辐射就像冰块上的吹风机，”她说。
虽然光蒸发被认为发生在行星的第一个1亿年，但核心动力的质量损失被认为发生在更晚的时间——接近行星生命的10亿年。但不管是哪种机制，“如果你没有足够的质量，你就无法坚持，你就会失去大气层并缩小，”克里斯蒂安森补充道。
在这项研究中，Chistiansen和她的合著者使用了来自美国国家航空航天局K2的数据，这是开普勒太空望远镜的扩展任务，以观察6亿至8亿岁的Praesepe和Hyades星团。因为行星通常被认为与它们的主恒星年龄相同，这个系统中的子海王星将超过光蒸发可能发生的年龄，但还没有老到经历核心动力的质量损失。
因此，如果研究小组看到在Praesepe和Hyades中有许多子海王星(与其他星团中的老恒星相比)，他们可以得出结论，光电蒸发没有发生。在这种情况下，随着时间的推移，核心动力的质量损失将是较小质量的子海王星所发生的最可能的解释。
在观察Praesepe和Hyades时，研究人员发现这些星团中近100%的恒星在其轨道上仍然有一颗次海王星行星或行星候选。从这些行星的大小来看，研究人员认为它们保留了自己的大气层。
这与K2观测到的其他更老的恒星(超过8亿岁的恒星)不同，其中只有25%的恒星有轨道运行的亚海王星。这些恒星的年龄更接近于核心动力质量损失发生的时间框架。
根据这些观察，研究小组得出结论，光蒸发不可能发生在Praesepe和Hyades。如果有的话，它应该发生在几亿年前，这些行星将几乎没有大气层，如果有的话。这使得核心动力质量损失成为这些行星大气层可能发生什么的主要解释。
克里斯蒂安森的团队花了五年多的时间建立了这项研究所需的行星候选目录。但是研究还远未完成，她说，目前对光蒸发和/或核心动力质量损失的理解可能会发展。这些发现可能会在未来的研究中得到验证，然后任何人才能宣布这个行星差距的秘密已经一劳永逸地解决了。
这项研究是利用美国国家航空航天局系外行星档案馆进行的，该档案馆由加州理工学院在帕萨迪纳根据与美国国家航空航天局的合同运营，是系外行星探索计划的一部分，该计划位于南加州美国国家航空航天局的喷气推进实验室。JPL是加州理工学院的一个分部。
关于任务的更多信息
2018年10月30日，开普勒耗尽了燃料，并在九年后结束了它的任务，在此期间，它发现了其他恒星周围的2600多颗已确认的行星，以及天文学家正在努力确认的数千颗候选行星。
位于加州硅谷的美国国家航空航天局艾姆斯研究中心为美国国家航空航天局科学任务理事会管理开普勒和K2任务。JPL负责开普勒任务的开发。鲍尔航空航天技术公司在博尔德科罗拉多大学大气和空间物理实验室的支持下操作该飞行系统。

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