科学家通过韦布望远镜揭示“地狱星球”WASP-121b 的起源历程

科学家通过韦布望远镜揭示“地狱星球”WASP-121b 的起源历程

6 月 7 日消息,英美澳等多国科研人员组成的联合团队利用詹姆斯・韦布空间望远镜(JWST)对系外行星 WASP-121b(又称 Tylos)展开了研究,首次在其大气中检测到硅一氧化合物,并揭示了该行星的起源历程及其地狱般的极端环境。

相关成果已于本周一发表于《自然・天文学》和《天文学杂志》期刊( 附论文地址:https://doi.org/10.1038 / s41550-025-02513-x)。

WASP-121b 是一颗气态巨行星,质量约为木星的 1.2 倍,直径约为木星的 1.8 倍。它距离太阳系约 880 光年,以 30.5 小时的周期绕其母星公转,因其极端高温和极端天气而被称为“地狱星球”。

由于距离母星极近(仅约母星直径的 2 倍),WASP-121b 行星被潮汐锁定:一侧永久处于白昼状态(日侧),另一侧永远处于黑夜状态(夜侧):

  • 日侧温度:约 3000°C,足以使铁以熔融态降落(铁雨)。
  • 夜侧温度:约 1500°C,存在超强飓风,远超太阳系风暴强度。

得益于 JWST 的近红外光谱仪(NIRSpec),科学家们首次在 WASP-121b 日侧大气中检测到硅一氧化合物(SiO)气体。这是该分子在任何已知行星大气中的首次明确发现。

SiO 通常以固态存在于恒星或岩石中。研究团队认为,它源自富含硅酸盐的小行星(如石英)坠入行星大气后,在高温下蒸发为气态。

英国伯明翰大学天文学家 Anjali Piette 表示:“在 WASP-121b 大气中发现 SiO 具有开创性意义…… 这并非地外生命的迹象,而是行星形成过程的化学证据。”

另外,科学家还在夜侧大气中意外检测到丰富的甲烷(CH₄)气体,对现有观点提出挑战:

  • 矛盾点:甲烷在高温下极不稳定,本应在日侧分解并在夜侧近乎消失。
  • 新机制:团队认为,夜侧存在强烈的垂直气流,将甲烷从深层低温大气快速输送至上层。

澳大利亚纽卡斯尔大学 Thomas Evans-Soma 表示:“这一发现挑战了系外行星动力学模型,需引入强垂直混合机制解释夜侧甲烷的持续存在。”

科研团队通过分析水蒸气、一氧化碳、甲烷和 SiO 的丰度,团队重建了 WASP-121b 的成长历程:

  • 诞生位置:在行星系统的寒冷外围区域形成(类似太阳系中木星与天王星之间的区域),该区域温度允许水冰冻结,但甲烷可维持气态。
  • 物质积累:早期吸积富含甲烷的冰和重元素,形成独特化学特征。
  • 向内迁移:受引力扰动(可能与其他行星相互作用),向母星螺旋迁移。
  • 成分变化:迁移中,富含氧的水冰卵石供应中断,但行星继续吸积富碳气体,导致其大气碳氧比高于母星。
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