恒星赤道低温,行星两个夏季:"最热行星"所在系统,为何如此奇特

  2016年,千度极小望远镜(KELT)发现了。这颗行星位于天鹅座,被命名为KELT-9b。它最显著的特征为极高的表面温度——昼半球的表面温度可达4600开尔文,甚至超过了很多恒星,也是已知温度最高的行星之一。

  2019年起,NASA的科学家利用凌日系外行星勘测卫星(TESS),对KELT-9b进行了细致的观测。TESS观测到27次KELT-9b凌星,这些模拟结果使研究小组能够模拟出这个系统中的奇特恒星及其对行星的影响。最近,这项研究发表于《天文学杂志》。

通过凌星法研究KELT-9b及其围绕的恒星通过凌星法研究KELT-9b及其围绕的恒星

  KELT-9b是一个气态巨行星,比木星大1.8倍,质量是木星的2.9倍。潮汐力锁定了它的自转,它总以同一侧面向它的恒星,其公转周期仅为36小时。

  美国爱达荷大学的物理学教授、论文合著者贾森·巴尔内斯(Jason Barnes)说:“在我们通过引力昏暗效应研究的行星系统中,恒星对KELT-9b的影响是迄今为止最为壮观的。这项工作有助于将引力昏暗效应与其他测量行星联珠的技术统一起来,最终我们希望能够揭开大质量恒星周围行星形成和演化历史的秘密。”

  这张动图展示了行星KELT-9b和它的主星组成的系统。这颗行星的公转轨道非常靠近主星,公转周期为36小时。由于距离过近,KELT-9b从其恒星获得的能量是地球从太阳获得的能量的4.4万倍。这使得这颗行星白昼侧的温度大约为4600 K,甚至比一些恒星的表面温度还高。这种高温也会促进行星的大气逸散进太空。中心恒星由于快速旋转,形状发生了扭曲,进而产生了一个具有明显温度差异的表面——这颗恒星的两极比它的赤道更亮更热

  动图模拟了KELT-9b的表面。NASA戈达德太空飞行中心的尼科尔·科隆是这篇论文的合著者,他说:“想想这颗恒星的表面温差是如何影响行星的,真的很有趣。KELT-9b从恒星接收到的能量变化,很可能使之产生一个非常活跃的大气。”  

  这是从地球视角观测的KELT-9b系统。正对地球的是恒星的一个极点。这颗行星最明显的凌星发生在恒星炽热明亮的两极之一,当它穿过较暗的赤道时,能够阻挡的光线变少。这种凌星过程中的亮度变化为了解恒星表面温度和亮度变化提供了线索。研究小组从中重建出恒星的椭圆形状、空间中的方位、表面温度的范围以及影响这颗行星的其他因素。

  从KELT-9b行星表面看向恒星的一年。公转一周的过程中,行星会经历两次由恒星表面温度差异引起的升温和降温的过程。在这颗恒星炎热的极点和较冷的赤道之间,温差能达到大约800开尔文。这就导致了当行星上会出现位于两极之上时的“夏天”和位于凉爽的赤道地区时的“冬天”。因此,每36小时,KELT-9b就经历两个夏天和两个冬天

KELT-9b奇特的季节变化KELT-9b奇特的季节变化
KELT-9b凌星过程中逸散的大气使我们观测到其主星的亮度降低KELT-9b凌星过程中逸散的大气使我们观测到其主星的亮度降低

  借助TESS的研究,为我们展示了KELT-9b主星的形态。这颗恒星的大小是太阳的两倍,平均温度比太阳高56%。而它的自转周期为16小时,大约是太阳的38分之一。如此快速的自传使它的形状成为扁椭球体,它的赤道直径大于极直径(前者是后者的1.089倍),使极区有较大的表面重力、较高的温度和亮度,极地与赤道的亮度更是相差了38%。因此,极区为引力增亮,而赤道呈现引力昏暗。

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