系外行星大氣逃逸研究讓行星形成演化進程更清晰

2019-10-13 13:00:19 來源: 科技日報 作者: 趙漢斌
系外行星,大氣逃逸,云南天文臺,郭建恒,

太陽系外行星族群——熱海星(Hoptunes)想象圖。圖片來源于網絡。

科技日報記者 趙漢斌 通訊員 陳艷

記者13日從中國科學院云南天文臺獲悉,該臺研究人員近期詳細研究了太陽系以外行星大氣的流體動力學逃逸問題,并修正了估計行星物質損失率的能量限制方程。美國《天體物理學雜志》發表了這一最新研究成果。

云南天文臺郭建恒研究員介紹,學界觀測和理論發現,一些系外行星經歷著大氣逃逸。大氣逃逸可影響行星的組成、分布和演化等。行星大氣的物質損失率是表征大氣逃逸的一個重要物理量。行星受到主星強烈的X射線和極紫外線輻射,其大氣會被加熱后膨脹,從而克服行星的引力勢而逃逸,并伴有持續的物質損失。逃逸的粒子還具有一定的動能和熱能,單位時間內逃出的粒子質量被稱為物質損失率。假設加熱大氣的能量全部用來克服行星的引力勢,可以推導出估計行星物質損失率的能量限制方程。

在郭建恒研究員指導下,該臺研究生閆冬冬等人利用大氣逃逸的一維流體動力學模型,研究了近450個系外行星系統,給出了流體動力學的物質損失率,加熱效率和極紫外線特征吸收半徑。在此基礎上,還與能量限制方程的物質損失率作了比較。

他們發現,當行星接收的極紫外線輻射流量或物質損失率高于一定值時,能量限制方程估計的物質損失率,要比流體動力學模型給出的物質損失率高,也就是說高估了物質損失率。在能量限制方程中考慮逃逸粒子的動能和熱能變化后,能量限制方程的物質損失率和流體動力學的基本一致。這是因為隨著行星引力勢與X射線和極紫外線輻射的積分流量乘積的增加,粒子動能與熱能變化的和將逐漸增加,才能與行星的勢能變化可比擬。

這一研究給出了能量限制方程的適用性,并提出當極紫外線輻射流量高于一定值時,需要對能量限制方程進行修正。準確地估計行星的物質損失率,對行星的形成演化及大樣本型組合成的研究具有非常重要的意義。

加載更多>>
責任編輯:陳可軒(實習)
快乐10分