紫金山天文台等揭示系外行星大气逃逸产生的统计分布特征.PDF

紫金山天文台等揭示系外行星大气逃逸产生的统计分布特征 2014 年 10 月 18 日，The Astrophysical Journal（天体物理杂志）在线发表 了中国科学院紫金山天文台季江徽研究员课题组与德国马普天文研究所Thomas Henning 教授、Christoph Mordasini 博士等合作成果，给出了系外行星大气逃逸 对行星族群的整体分布产生的统计结果，揭示了在 Kepler 空间望远镜所探测的候 选体在半径分布中存在显著的大气逃逸特征。 在银河系中，迄今已探测到 1800 多颗系外行星。在已发现的系外行星中，大 多数离中央恒星非常近，其轨道半长径甚至小于 0.01 AU （公转周期小于1 天）， 这些行星有可能经历了与太阳系内的行星迥然不同的形成与演化过程。此外，在 如此之近的距离内，行星很可能接受到来自年轻恒星的强烈 X-Ray 和 EUV 辐射。 恒星辐射不仅会在行星大气上层产生一个比较厚的辐射区域，还可驱动流体动力 学机制下的逃逸气流。这已在一些系外行星的观测中找到了证据，如在 HD 209458b 位于几个行星半径处的大气上层发现了氧与碳，这表明在该行星大气上 层发生着流体动力学逃逸。然而大气逃逸是否对更多行星样本的演化有着重要的 影响呢？ 在该项国际合作研究中，研究人员创新地将行星大气逃逸、行星形成的核吸 积模型与行星的热演化结合起来，模拟了整个行星族群从星子诞生到最终阶段的 整个演化过程，并着重分析了大气逃逸对行星族群整体分布的影响，探讨了所产 生的大气逃逸特征与大气模型相关的物理参数的关系。研究人员发现由于行星大 气逃逸的存在，导致位于两个地球半径附近的行星数目明显减少（图 1），即形 成所谓的“大气逃逸谷”。通过与计算结果的比较，研究人员还发现 Kepler 候选 体的半径分布特征可用大气逃逸来解释（图 2），排除了不含大气逃逸的模型及 加热效率为 100%的大气逃逸模型。 该工作的第一作者是紫金山天文台晋升博士，合作者包括其导师季江徽研究 员，以及德国马普天文所与法国蓝色海岸天文台的研究人员。该项研究工作得到 了中国科学院天文战略性先导科技专项（B类）、中国科学院新兴与交叉学科布 局项目、国家自然科学基金等的资助。 文章链接: /0004-637X/795/1/65/article 图 1 由于行星大气逃逸的存在，位于两个地球半径附近的行星数目明显减少，形成 “大气逃逸谷”（图中黑色点表示行星大气层被完全剥离的行星）。 图 2 行星族群的一维半径分布（红线）与 Kepler 候选体的比较（虚线）。未考虑大气 逃逸的 NoEV 算例与具有 100%加热效率的 B04 算例与 Kepler 候选体的半径分布明显不符。