探测环绕F型恒星运行的气态巨行星的大气逃逸现象

为什么了解围绕F型恒星运行时大气层被剥离的系外行星很重要？这正是最近提交给《天文学杂志》的一项研究希望解决的问题，一个国际科学家团队首次对围绕F型恒星运行的行星的大气逃逸进行了调查，F型恒星比我们的太阳更大、更热。大气逃逸发生在距离其恒星非常近的行星上，宿主恒星的极端温度和辐射会慢慢剥离行星的大气层。

在这项研究中，研究人员使用加州理工学院运营的帕洛玛天文台的宽视场红外相机（WIRC），分析了从六颗系外行星的十次凌日中获得的数据。这六颗系外行星包括：

• HAT – P – 8 b（约750光年，轨道周期3.08天）
• KELT – 7 b（约815光年，轨道周期2.73天）
• WASP – 93 b（约1220光年，轨道周期2.73天）
• WASP – 103 b（1250光年，轨道周期0.925天）
• WASP – 12 b（约1400光年，轨道周期1.09天）
• WASP – 180 A b（约1500光年，轨道周期3.41天）

该研究的目标是确定每颗系外行星在极其紧密的轨道上围绕各自的宿主恒星运行时所经历的大气逃逸量。最终，研究人员发现，观测到WASP – 12 b和WASP – 180 A b有显著的大气逃逸迹象，WASP – 93 b和HAT – P – 8 b有潜在的大气逃逸迹象，而WASP – 103 b和KELT – 7 b未观测到大气逃逸迹象。

将这些发现与长期存在的计算机模型进行比较后，研究人员发现，WASP – 12 b和WASP – 180 A b的大气逃逸速度在对数尺度上分别约为每秒12.4克和11.85克。这实际上意味着WASP – 12 b和WASP – 180 A b的大气逃逸速度估计分别约为每秒\(10^{12.4}\)克和\(10^{11.85}\)克。

该研究在结论中指出：“我们对其他四个调查目标（HAT – P – 8 b、WASP – 93 b、WASP – 103 b和KELT – 7 b）的质量损失限制与已公布的同样围绕早期型恒星运行的WASP – 48 b和WASP – 94 A b的测量结果相似，并且与围绕较冷恒星运行的气态巨行星的测量质量损失率大致相符。这表明，文献中报道的围绕早期型恒星运行的行星的强外流情况并不代表所有早期型系统。”

如前所述，这项研究首次对围绕F型恒星运行的系外行星的大气逃逸进行了分析，研究人员指出，此前对大气逃逸的研究仅限于围绕K型和M型恒星运行的系外行星。虽然K型和M型恒星都比我们的太阳更小、更冷，但上文提到F型恒星比我们的太阳更大、更热，这意味着像本研究中分析的那些靠近F型恒星运行的系外行星，所承受的热量和辐射比太阳以及之前研究的K型和M型恒星要多。

研究系外行星大气逃逸的主要动机之一，是为了更好地理解系外行星的长期演化，特别是那些靠近其恒星运行的气态巨行星，也被称为“热木星”和“超热木星”。

这也是深入了解恒星与行星相互作用、系外行星大气成分与探测、宜居潜力以及测试行星模型的绝佳方法，本研究就使用了行星模型。因此，这样的研究表明了利用大气逃逸作为一种了解几种类型恒星的系外行星形成和演化的方法的重要性。