不同于我们太阳系的任何东西:岩质系外行星比我们想象的还要奇怪

白矮星周围的岩石碎片

在这张图中,岩石碎片,一颗前岩石行星的碎片已经破碎,螺旋向内朝向白矮星。通过研究被这些碎片“污染”的白矮星的大气层,一位NOIRLab天文学家和一位地质学家确定了我们太阳系中不存在的奇异岩石类型。结果表明,附近的岩石系外行星一定比之前认为的更奇怪,更多样化。信贷:NOIRLab / NSF /光环/ J。da Silva,图像处理:M. Zamani和M. Kosari(美国国家科学基金会NOIRLab)

一项新的天体地质学研究表明,大多数附近的岩石系外行星与我们太阳系的任何行星都不一样。

美国国家科学基金会(NSF) NOIRLab的一位天文学家与加州州立大学弗雷斯诺分校(California State University, Fresno)的一位地质学家合作,对围绕附近恒星运行的行星上存在的岩石类型进行了初步估计。在研究了“被污染”的白矮星的化学成分后,他们得出结论,大多数围绕附近恒星运行的岩石行星比之前认为的更加多样化和奇异,它们的岩石类型在我们的太阳系中任何地方都找不到。

天文学家已经在我们的星系中发现了数千颗围绕恒星运行的行星,这些行星被称为系外行星。然而,很难知道这些行星到底是由什么组成的,也很难知道它们是否与地球相似。为了找到答案,美国国家科学基金会NOIRLab的天文学家徐思义与加州州立大学弗雷斯诺分校的地质学家基思·普提尔卡合作,研究被称为污染的大气白矮星.这些是曾经正常的恒星(如太阳)的致密坍缩的核心,其中包含了来自行星、小行星或其他岩石天体的外来物质,这些天体曾围绕恒星运行,但最终落入了太阳系白矮星并“污染”了它的大气层。通过寻找白矮星大气中不会自然存在的元素(除了氢和氦以外的任何元素),科学家们可以弄清楚落入恒星的岩石行星是由什么组成的。


根据一位NOIRLab天文学家和一位地质学家的最新研究,岩质系外行星比之前认为的还要奇怪。通过研究被称为白矮星的恒星残留物的大气层,这对夫妇发现了在我们的太阳系中没有的岩石类型。每一颗白矮星都被来自岩石体的物质“污染”,这些岩石体最初围绕白矮星运行,但落入白矮星,并在其大气中散布了它们的元素。有些岩石成分非常罕见,科学家们不得不创造新的名称来分类曾经构成这些古老行星的岩石类型。

Putirka和Xu观测了23颗被污染的白矮星,它们都在距离太阳650光年的范围内,在那里,钙、硅、镁和铁被精确地测量了yabo2018体育下载凯克天文台在夏威夷,哈勃太空望远镜,以及其他天文台。然后,科学家们利用测量到的这些元素的丰度来重建这些元素可能形成的矿物和岩石。他们发现,这些白矮星的组成成分比我们太阳系的任何内行星都要广泛得多,这表明它们的行星有更广泛的岩石类型。事实上,有些成分是如此的不寻常,以至于Putirka和Xu不得不创造新的名称(如“石英辉石岩”和“方解石硬岩”)来分类这些一定存在于这些行星上的新岩石类型。[1]

徐说:“虽然一些曾经围绕被污染的白矮星运行的系外行星看起来与地球相似,但大多数行星的岩石类型对我们的太阳系来说是外来的。”“它们在太阳系中没有直接对应的物种。”

Putirka描述了这些新的岩石类型对它们所属的岩石世界可能意味着什么。他解释说:“我们从白矮星的数据中看到的一些岩石类型会比地球上的岩石溶解更多的水,可能会影响海洋的形成。”“有些岩石类型可能在更低的温度下熔化,产生比地球岩石更厚的地壳,而有些岩石类型可能较弱,这可能会促进板块构造的发展。”

早期对受污染白矮星的研究发现了岩石体中的元素,包括钙、铝和锂。然而,Putirka和徐解释说,这些都是次要的元素(通常占一小部分的地球岩石)和测量的主要元素(占很大一部分的地球岩石),特别是硅,需要真正知道什么样的岩石类型存在的行星。

此外,Putirka和Xu指出,在白矮星大气中测量到的高镁和低硅水平表明,探测到的岩石碎片可能来自行星内部——来自地幔,而不是地壳。此前一些对受污染的白矮星的研究报告称,有迹象表明,曾经围绕这些恒星运行的岩石行星上存在大陆地壳,但Putirka和Xu没有发现地壳岩石的证据。然而,观测结果并不能完全排除行星有大陆地壳或其他地壳类型。普提尔卡说:“我们相信,如果地壳岩石存在,我们也无法看到它,可能是因为与地核和地幔等其他行星成分的质量相比,它的质量太小了,无法测量。”

据徐说,天文学家和地质学家的配对是解开被污染的白矮星大气中隐藏的秘密的关键。“我在一次会议上遇到了Keith Putirka,他能帮助我理解我正在观察的系统,我很兴奋。他教我地质学,我教他天文学,我们弄明白了如何理解这些神秘的系外行星系统。”

他们的研究结果发表在2021年11月2日的《科学》杂志上自然通讯

笔记

  1. “正常”或现有的岩石分类方法是基于这样一个事实:橄榄石和正方石是地球地幔(以及太阳系中其他岩石行星的地幔)的主要矿物。然而,对于许多系外行星来说,橄榄石可能不存在而石英存在,或者正方辉石可能不存在而方辉石存在,因此形成了一种新的分类命名法。Putirka和Xu提出的新的岩石类型分类包括:“石英辉石岩”,其中正方辉石、斜辉石和石英各占10%以上;“石英直辉石”,其中直辉石和石英含量大于10%,斜辉石含量小于10%;“方解石橄榄岩”,其中方解石和橄榄石各占10%以上,斜辉石占10%以下;“方解石wehrite”,其中方解石、橄榄石和单斜辉石各含10%以上;方解石单斜辉石岩,橄榄石含量在10%以下,方解石和单斜辉石含量均在10%以上。

参考文献:“被污染的白矮星揭示了我们太阳系附近的系外行星上奇异的地幔岩石类型”,Keith D. Putirka和Siyi Xu, 2021年11月2日,自然通讯
DOI: 10.1038 / s41467 - 021 - 26403 - 8

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