科學家在系外行星大氣中驚奇的發現氨同位素體

同位素和同位素體在各個領域都有着重要的應用 它們可以揭示葡萄酒的起源、骨頭和化石的年齡 也可以作爲醫學診斷工具 在天文學中,它們也越來越顯示出其價值 例如,通過測量系外行星大氣中 碳-12與碳-13同位素的比率 科學家可以推斷出系外行星繞其恆星的距離 然而,到目前爲止 一氧化碳中的碳-12C和碳-13C 是唯一可以在系外行星大氣中測量的同位素體 現在,一組研究人員成功檢測到了 冷赫矮星大氣中的氨同位素體 他們在《自然》雜誌上發表了這一成果 報告了氨分子可以以氦-4NH3和氦-5NH3的形式進行測量 赫矮星是介於恆星和行星之間的天體 它們在很多方面類似於巨型氣態行星 因此,可以作爲研究氣態巨行星的模型系統 在他們的工作中 帕塔皮斯和同事觀察了一顆名爲YSJ1828的赫矮星 它距離地球32.5光年,位於天秦座,即七絃秦 YSJ1828肉眼無法看到 它的有效溫度僅爲100攝氏度 對於氫聚變來說太冷了,無法將光發送到地球 爲了發現這顆外光普及的超冷矮星 去年夏天,詹姆斯·韋伯太空望遠鏡的鏡子 轉向了七絃秦的方向 中紅外儀器是JWST上安裝的紅外探測器 可以揭示YSJ1828上的氨同位素體 MIRI的中分辨率光譜儀記錄了赫矮星的光譜 波長範圍爲4.9至27.9微米 在這個範圍內,研究人員不僅觀察到了氨分子 還觀察到了水和甲烷分子 特別是,在9至13微米的波長範圍內 氨會導致到達檢測器的信號衰減 氨的同位素體也可以通過光譜來區分 如果氨分子不是由最常見的氮同位素14N組成 而是由15N加三個氫原子組成 則氮原子核中的額外中子會導致光譜中出現一個峯 這可以歸因於15NH3的存在 在YSJ1828大氣中測得的兩種氨同位素體的比率 尤其令人興奮 正如Patapis及其同事所解釋的那樣 14NH3與15NH3的比率是一種失蹤劑 可以用來研究恆星和行星的形成過程 這是一種新工具 將有助於測試不同的已知的氣態巨行星形成機制 像木星或土星這樣的氣態巨行星 對於我們的太陽系來說並不特殊 這些天體在系外行星的研究中發揮着重要作用 它們出現在恆星形成的早期 因此是決定是否以及如何形成更小、更輕的行星的關鍵因素 到目前爲止 對於巨大的氣態巨行星是如何形成的問題還沒有明確的答案 專家們提出了不同的理論 但尚不清楚這些行星是否是由核吸積形成的 即由較小的固體核心逐漸積累氣體 還是由於祖星周圍圓形星盤的引力坍縮而形成的 帕塔皮斯和同時記錄的同位素體比率可以提供新的線索 在地球上每個15N原子對應272個14N原子 而在YSG1828大氣中 14NH3與15NH3的比率爲670 這意味着與地球和木星等其他行星相比 這顆赫爾星在其形成過程中積累的15N要少 事實上YSG1828上15N的丰度 比太陽系中所有天體上的都少 行星形成的不同情景同位素丰度的變化 即所謂的同位素分流過程尚未完全瞭解 但彗星撞擊被認爲有助於15N的復集 因爲彗星的15N含量顯著更高 彗星撞擊也被認爲是太陽系中行星的基本組成部分 彗星對地球大氣層的形成做出了貢獻 儘管目前尚不完全清楚其程度 YSG1828光譜中的15NH3含量較低 表明這顆赫爾星沒有遵循通常的行星形成方式 而是形成了類似恆星的形式 這種情況表明引力坍縮 因此這種類型的引力不穩定性 可能在氣態巨行星的形成中發揮重要作用 尤其是那些在大軌道上繞恆星運行的氣態巨行星 事實上這是論文中討論的另一個重要觀點 14NH3與15NH3的比例 似乎根據氣態巨行星與其恆星之間的距離 而發生很大變化 正如對氨和分子氮冰之間 正在形成的行星的模擬所顯示的那樣 在天文學中 冰線表示 距中心恆星的最小距離在該距離處 溫度足夠低 特定的揮發性化合物可以轉變成固體形式 請不吝點贊 訂閱 轉發 打賞支持明鏡與點點欄目