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2004年11月,团队在《自然》杂志发表了这一发现,标题是《directiaggofasub-stelrpaniontoabrowndwarf》(褐矮星周围次恒星伴星的直接成像)。
这篇论文的结论震撼了整个天文学界:人类第一次直接看到了系外行星。
三、21207b:“行星”
还是“褐矮星”
?一场身份之争21207b的发现引发了激烈的争论:它到底是“行星”
,还是“褐矮星”
?根据国际天文学联合会(iau)的定义,行星需要满足三个条件:1围绕恒星(或褐矮星)公转;2质量足够大,能通过引力坍缩成近似球形;3清空了轨道附近的区域(即没有其他天体与它竞争质量)。
而褐矮星的定义是:质量在13-80倍木星之间,能进行氘核聚变,但无法进行氢核聚变。
1质量的边界:5-10倍木星质量,刚好在行星一侧21207b的质量是5-10倍木星,远低于褐矮星的下限(13倍木星)。
更重要的是,它的形成方式——团队通过模拟发现,它不可能通过“直接坍缩”
(褐矮星的典型形成方式,即分子云核心直接收缩成天体)形成,而是来自原行星盘的吸积:21207a周围的原行星盘里,气体和尘埃逐渐聚集,形成了这颗行星。
直接坍缩形成的褐矮星,通常质量更大(>13倍木星),且轨道更靠近宿主(因为分子云核心的收缩会让天体快速向中心坠落)。
而21207b的轨道半径达80au,且质量在行星范围内,因此属于“行星”
。
2温度的秘密:它还在“冷却”
中21207b的表面温度约1250k,远高于木星(-145c,即130k)。
这不是因为它离宿主更近(它的轨道半径是木星的50倍以上),而是因为形成时的引力收缩——当天体从原行星盘聚集而成时,引力会将势能转化为热能,使天体升温。
木星的核心温度仍有k,就是因为形成时的收缩。
随着时间推移,21207b会逐渐冷却:100万年后,它的温度会降到1000k以下,大气中的甲烷会增多;10亿年后,它会变成一颗“冷行星”
,表面温度接近液氮的温度(77k)。
3大气层的证据:它有“行星的皮肤”
2005年,哈勃空间望远镜的nios仪器对21207b进行了红外光谱观测,发现了甲烷(ch?)的吸收线——这是行星大气的典型特征。
褐矮星的大气中也有甲烷,但21207b的甲烷吸收线更“宽”
,说明它的大气层更厚、更活跃,类似于木星的大气。
,!
2020年,詹姆斯·韦布空间望远镜(jwst)的iri仪器进一步观测了21207b的大气,发现了水蒸汽(h?o)和二氧化碳(?)的信号。
这些分子的丰度与太阳系的气态巨行星(木星、土星)相似,证明它确实是一颗“拥有大气层的行星”
。
四、21207b的科学意义:开启“系外行星可视化”
时代21207b的发现,不仅仅是“找到了一颗行星”
,更在于它验证了直接成像技术的可行性,并为后续研究打开了大门。
1证明直接成像可以“看见”
系外行星在此之前,直接成像系外行星只是一个理论设想。
21207b的成功,让科学家相信:只要宿主天体足够暗(比如褐矮星、年轻恒星),且行星轨道足够远,就能用自适应光学+日冕仪直接成像。
此后,直接成像技术快速发展:2008年,哈勃望远镜直接成像了foalhautb;2010年,vlt直接成像了βpictorisb;2020年,jwst直接成像了hipb。
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