同一颗行星,同一种分子,三次测量给出了三个数。最早的一次把天文学家的目光引向寒冷的外圈,后来两台仪器复查,那个故事却失去了一条关键线索。更有意思的是,复查的两个数也没有完全对上。
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绘架座β星b艺术示意。ESO/L. Calçada,CC BY 4.0(creativecommons.org/licenses/by/4.0/)
这颗行星叫绘架座β星b,质量大约是木星的十倍,一项早期估算给出约11倍。它如今离母星约10个天文单位,和土星到太阳的距离差不多。这个位置可以测出来,想知道它最初在哪儿长大,就得找别的证据。
光谱里,差一个中子
研究者找的是两种一氧化碳。一种带碳12,另一种带多一个中子的碳13。它们在红外光谱上留下的吸收纹路略有不同。罕见的那一种本来就难找,地球大气也会在观测里留下吸收痕迹。早期团队给出的两者丰度比约为13,并已提醒,这个数可能受到地球大气干扰。
升级后的GRAVITY+把智利四台8米望远镜的光合起来,连续观测了约7小时。研究团队校正地球大气的影响,再用两个模型拟合行星光谱。图里黑线的模型省去了含碳13的一氧化碳,粉线把它加回去。在右上角放大的波段里,粉线更能跟上观测到的吸收细节。
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灰点是观测,粉线含碳13一氧化碳,黑线省略它。von Stauffenberg等,论文图1(截取),CC BY 4.0
这一次,团队估出的比值约为91,给出的误差范围是74到115。另一组用高分辨率仪器CRIRES+观测了11晚,估出的比值约为58,范围是43到76。两段区间只在边缘搭上。两组复查共同削弱的是早期约13的结果,这两次测量的精确程度,还不足以把比值钉在同一个数上。
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帕拉纳尔天文台的GRAVITY仪器。G. Rojas/ESO,CC BY 4.0
为什么查不到出生地
年轻恒星周围的盘里,温度通常随离恒星的距离增加而下降。到了足够冷的地方,一氧化碳会冻结在尘粒上,这道边界叫一氧化碳雪线。冰和气体里的碳同位素比例可能有差别。如果行星在雪线外攒下许多富含碳13的冰,大气里带碳12的一氧化碳相对就会少一些。旧比值偏低,正好给了这种解释一个抓手。
两台仪器复查后,这个抓手弱了许多。约91的结果接近太阳的约89,约58也落在本地星际介质的估计范围内。假如行星最初继承的就是附近气体的比例,或在长大的过程中吃进了不同区域的物质,今天的大气就可能留下相似的数字。要从中辨出哪段经历是真的,还得知道它当初能拿到哪些原料、那些原料各是什么比例。
眼下更有把握的一步,是在光谱里找到了稀少的分子,并重新量了它所占的比例。要画出从出生地到今天的路线,得把行星的化验结果和形成环境放在一起看。现有光谱还分不出这颗行星曾向内迁移,还是一直在现在这片区域附近。
如果你能给这颗巨行星做一次回访,你最想先弄清它吃过哪些原料,还是它有没有搬过家?
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