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系外行星在古代的撞击中失去了大气层

系外行星失去了大气层。围绕着小球体撞击大球体的巨大而明亮的爆炸。
艺术家对HD 172555系统中古代影响的概念。大约20万年前,一个更小的物体撞进了一个与地球大小相当的年轻世界。结果,较大的系外行星失去了大气层。它给了你一种新的感觉。图片来源:Mark A. Garlick/麻省理工学院的新闻

我们早期的太阳系是一个混乱而狂暴的地方,岩石天体在大大小小的碰撞中相互碰撞。事实上,这种碰撞逐渐形成了我们今天看到的行星和卫星。2021年10月20日,天文学家他们发现了一个年轻的太阳系外行星在几千年前的一次大撞击中失去了大气层。

同行评议杂志自然发表这是麻省理工学院、爱尔兰国立大学戈尔韦分校、剑桥大学等机构研究人员于2021年10月20日公布的研究结果。

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一颗系外行星是如何失去大气层的

值得注意的是,证据不是来自行星本身,而是来自围绕恒星运行的尘埃和气体环HD 172555.这些环或圆盘被称为环绕恒星的磁盘.恒星大约是95光年据估计,它只有2300万年的历史。这颗恒星仍处于婴儿期。

这些尘埃和气体提供了指向一次大规模碰撞的线索,科学家估计那次碰撞发生在大约20万年前。根据科学家的说法,它涉及到原行星——一颗年轻的、仍在形成的“胚胎”行星,和地球差不多大,还有一个更小的物体撞击了它。

研究人员估计撞击物体的速度超过每小时22000英里(约每秒10公里)。在这一过程中,碰撞很可能剥离了该行星的大部分大气。

碰撞的岩石物体和大型行星在恒星周围的尘沙盘上投下阴影。
艺术家对围绕恒星的碎片盘或环恒星盘的插图。行星和卫星在这些圆盘中诞生(并被摧毁),这与HD 172555系统中发生的情况类似。图像通过美国国家航空航天局姓名。

作为第一作者Tajana施耐德曼在麻省理工学院地球、大气和行星科学系工作所述

这是我们第一次探测到这种现象,在一次巨大的撞击中,原行星的大气层被剥离。每个人都对观察一个巨大的影响感兴趣,因为我们希望它们是普遍的,但我们在很多系统中没有证据。现在我们对这些动态有了更多的了解。

罕见的矿物质和一氧化碳

研究人员在研究恒星周围的尘埃和气体时发现了一些奇怪的东西。事实上,有几件事。首先,尘埃颗粒含有丰富的不寻常矿物质。此外,这些尘埃颗粒比在年轻恒星周围的典型星盘中看到的要小得多。施耐德曼

由于这两个因素,HD 172555一直被认为是一个奇怪的系统。

但这还不是全部。研究人员使用了阿塔卡马大型毫米阵列(阿尔玛)来分析恒星周围的气体。他们发现一氧化碳如预期的那样,但却有一个惊喜。气体比正常情况下离恒星更近,只有10个天文单位(非盟),或地球到太阳平均距离的10倍。总的来说,一氧化碳的含量大约是金星上发现的含量的20%。

一个微笑的女人,长发戴着项链,穿着紫色的高领衫,向上看。
麻省理工学院的Tajana Schneiderman领导了一项新研究,发现了HD 172555系统发生巨大撞击的证据。图像通过麻省理工学院/电活性聚合物。

一氧化碳的破坏

那么,为什么气体离恒星如此之近,为什么这很不寻常呢?作为施耐德曼说:

一氧化碳在这么近的距离出现需要一些解释。

具体来说,它与一个名为光离解.这发生在光子分解化合物。来自恒星的光子往往会分解并破坏一氧化碳。在HD 172555中,一氧化碳的位置并不符合这种情况。通常情况下,如果有的话,应该也很少。然而,他们发现它是丰富的。

可能的场景

研究人员着手解决奇怪的尘埃和一氧化碳观测的谜题。一种说法是,这些气体来自一颗新形成的恒星的碎片。另一种说法是,它来自离恒星相当近的冰冷小行星。还有一种说法是,冰冷的彗星从外部向内移动小行星带,类似于柯伊伯带.然而,这些数据并不符合上述任何一项。

那么一氧化碳还能从哪里来?那时他们考虑了影响情景,发现它与所有可用的数据吻合得很好。作为施耐德曼解释

在所有的场景中,这是唯一一个可以解释数据所有特征的场景。在这个时代的系统中,我们预计会有巨大的影响,我们预计巨大的影响是非常普遍的。时间尺度是可行的,年龄是可行的,形态和成分的限制也是可行的。在这种情况下,在这个系统中唯一可能产生一氧化碳的过程是巨大的撞击。

而且,20万年前是最近的时间,恒星还没有把所有的气体都毁灭掉。我们现在看到的气体是最初撞击留下的。

明亮的蓝白色恒星,背景为其他恒星。
第二次数字化巡天(DSS2)观测到的恒星是HD 172555。图片来源:Dominic Ford/In-The-Sky.org

其他影响的研究

现在科学家们确定HD 172555周围的尘埃和一氧化碳与行星撞击有关,这将帮助他们识别其他撞击。根据施耐德曼:

现在有可能在这个系统之外的未来工作。我们要证明的是,如果你在一个地方发现了一氧化碳,并且发现了与巨大撞击相一致的形态,这就为寻找巨大撞击以及了解碎片在撞击后的行为提供了新的途径。

Hilke是加州大学洛杉矶分校的研究人员补充道:

在我看来,这项工作特别令人兴奋的地方在于,它证明了巨大撞击造成的大气损失的重要性。这也为研究遭受巨大撞击的太阳系外行星的大气组成提供了可能性,这最终可能有助于阐明类地行星在其自身的巨大撞击阶段的大气状况。

结论:大约20万年前,一颗年轻的地球大小的系外行星在一次巨大的撞击中失去了大气层,在残留的尘埃和一氧化碳气体中留下了线索。

来源:一个年轻系统内部区域的巨大碰撞产生的一氧化碳气体

通过麻省理工学院

发布
2021年11月4日
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