研究:岩石系外行星比我們想象的還要更多樣和奇特

一項新天體地質學研究表明,大多數附近的岩質系外行星我們太陽系中的任何東西都很不同。美國國家科學基金會NOIR實驗室的一名天文學家跟加州州立大學弗雷斯諾分校的一名地質學家合作,他們首次對圍繞附近恆星運行的行星上存在的岩石類型進行了研究。

研究:岩石系外行星比我們想象的還要更多樣和奇特

兩位科研人員在研究了 “被污染的”白矮星的化學成分后得出結論,圍繞附近恆星運行的大多數岩石行星比以前認為的更加多樣和奇特,其岩石類型在我們太陽系中並沒有發現過。

天文學家已經發現了數千顆圍繞我們銀河系中的恆星運行的行星–被稱為系外行星。然而我們很難知道這些行星到底是由什麼構成的,或是否有行星與地球相似。為了嘗試找出答案,美國國家科學基金會NOIR實驗室的天文學家Siyi Xu與加州州立大學弗雷斯諾分校的地質學家Keith Putirka合作研究了被稱為污染的白矮星的大氣。這些是像太陽這樣曾經正常的恆星的緻密、塌陷的核心,其中含有來自行星、小行星或其他岩石體的外來物質,這些物質曾經圍繞恆星運行但最終落入白矮星並“污染了”那裡的大氣層。通過尋找白矮星大氣層中不會自然存在的元素(除氫和氦以外的任何元素),科學家們可以弄清楚落入恆星的岩石行星物體是由什麼構成的。

Putirka和Xu研究了23顆被污染的白矮星,這些白矮星都在離太陽約650光年的範圍內,其中的鈣、硅、鎂和鐵已經用夏威夷的W.M. Keck天文台、哈勃太空望遠鏡和其他天文台進行了精確測量。然後,科學家們使用這些元素的測量丰度來重建由它們形成的礦物和岩石。他們發現,這些白矮星的成分範圍比我們太陽系中的任何內行星都要廣泛得多,這表明它們的行星有更多的岩石類型。事實上,其中一些成分是如此不尋常,以至於Putirka和Xu不得不創造新的名稱以對這些行星上一定存在的新的岩石類型進行分類。

Xu說道:“雖然一些曾經繞着受污染的白矮星運行的系外行星看起來跟地球相似,但大多數的岩石類型對我們的太陽系來說是外來的。它們在太陽系中沒有直接的對應物。”

Putirka描述了這些新岩石類型對它們所屬的岩石世界可能意味着什麼。“我們從白矮星數據中看到的一些岩石類型會比地球上的岩石溶解更多的水,可能會影響海洋的發展方式,”他解釋道,“一些岩石類型可能在更低的溫度下熔化併產生比地球岩石更厚的地殼,一些岩石類型可能更弱,這可能促進板塊構造的發展。”

早期對污染白矮星的研究發現了來自岩石體的元素,其中包括鈣、鋁和鋰。然而,Putirka和Xu指出,這些是次要元素(通常佔地球岩石的一小部分),他們需要測量主要元素(佔地球岩石的一大部分)–尤其是硅–才能真正知道這些行星上會存在什麼樣的岩石類型。

此外,Putirka和Xu表示,在白矮星大氣中測量到的高水平的鎂和低水平的硅表明,檢測到的岩石碎片可能來自行星的內部–來自地幔,而非其地殼。以前對污染白矮星的一些研究報告稱,在曾經圍繞這些恆星運行的岩石行星上存在大陸地殼的跡象,但Putirka和Xu沒有發現地殼岩石的證據。不過觀察結果並沒有完全排除這些行星有大陸地殼或其他地殼類型。“我們認為,如果地殼岩石存在,我們無法看到它,可能是因為它出現的部分跟其他行星組成部分的質量相比太小,比如核心和地幔,無法測量,”Putirka說道。

此外,Xu表示,一個天文學家和一個地質學家的配對是揭開隱藏在污染的白矮星大氣中的秘密的關鍵,“我在一個會議上遇到了Keith Putirka,並為他能幫助我理解我正在觀測的系統而感到興奮。他教我地質學,我教他天文學,我們想出了如何理解這些神秘的系外行星系統。”

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