首次在距离地球仅300光年之遥的系外行星大气中探测到同位素。在名为TYC8998-760-1b的气态系外行星周围的阴霾中，天文学家检测到一种称为碳-13的碳同位素。这一发现表明，这颗系外行星在远离其母星的地方形成，位于其系统的寒冷区域，超出了特定的雪线。 据研究人员称，这一发现为我们提供了一种新的方法来研究鲜为人知的行星形成过程。 荷兰莱顿大学的天文学家张亚鹏（音译：Yapeng Zhang）说：“我们能够在如此遥远的系外行星大气中进行测量，这真的很特别。” 2019年发现的TYC8998-760-1b已经非常特别。它属于一组极其罕见的系外行星——那些我们能够直接成像的系外行星。  相比之下，恒星非常非常明亮，而行星则非常暗淡，因此我们通常通过检测它们对宿主恒星的影响来识别它们，要么是引力，要么是在恒星从前方经过时微弱地调暗它们的光。 这些技术最适合靠近恒星的行星，但TYC8998-760-1b绕其恒星运行的距离相当远——大约160 个天文单位。就上下文而言，冥王星以40个天文单位的距离绕太阳运行。  这颗系外行星也是一颗小行星，质量大约是木星的14 倍，大小是木星的两倍，这意味着它在反射星光的情况下相对明亮。因此，由张亚鹏领导的一组研究人员仔细观察了恒星反射的光线能否告诉他们什么。 具体来说，他们在欧洲南方天文台位于智利的甚大望远镜上使用了一种称为近红外积分场观测光谱仪 (SINFONI) 的仪器。该仪器能观察目标天体的光谱，该团队正在寻找吸收特征。  这些是光谱中的暗线，当某些波长的光被某些元素吸收时就会出现。研究人员发现，TYC8998-760-1b吸收的波长与碳-13一致，可能主要与一氧化碳气体结合。 同位素非常有趣，它们都是相同元素的形式，具有相同数量的质子和电子，但具有不同数量的中子。 碳-12是最常见的稳定碳同位素，每种有6个。碳-13有六个质子和六个电子，但有七个中子。这很重要，因为它们的形成途径不同，并且它们的行为取决于环境条件。  在TYC 8998-760-1b上，研究人员预计会有一定数量的碳。他们在系外行星大气中发现的碳-13含量是预期丰度的两倍。该团队认为，这可以告诉我们一些有关TYC 8998-760-1b形成条件的信息。 德国马克斯普朗克天文学研究所的天体物理学家保罗·莫里埃解释说：“这颗行星与母星的距离是地球与太阳之间距离的一百五十倍。” “在如此远的距离上，冰可能形成了更多的碳-13，导致今天地球大气中这种同位素的比例更高。”  该区域将超出一氧化碳雪线—— 一氧化碳从气体冷凝并冻结成冰（不同的气体具有不同的雪线）的距离。 任何远离恒星温暖的系外行星都会包含这些一氧化碳冰。研究人员推测，由于太阳系中已知的行星与太阳的距离比这个距离更近，因此它们形成的一氧化碳不会像TYC 8998-760-1b那样多。  我们在太阳系中也有类似的现象，即海王星和天王星比木星富含氘，氘是氢的同位素，具有一个质子和一个中子（正常氢只有一个质子）。这归因于行星形成越过水雪线。 研究人员说，对于许多系外行星来说，在大气中探测同位素是不可能的，但随着我们的望远镜不断改进，它可以为研究系外行星的形成提供一种新的手段。 “预计在未来，同位素将进一步帮助了解行星的形成方式、地点和时间，”莱顿大学的天文学家伊格纳斯·斯内伦（Ignas Snellen）说，“这个结果只是个开始。” |
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