【原】行星“HAT-P-67b”是已知直徑30萬6000km、最大且接近理論極限的行星

Wsz6868 2025-05-22

展開全文

行星“HAT-P-67b”是已知直徑30萬6000km、最大且接近理論極限的行星

5月22日(星期四) 11:02發(fā)布

“宇宙中直徑最大的行星是什么？ ”這個問題應該怎么回答呢？像木星一樣的巨大氣體行星但是，被恒星的熱量烘烤而膨脹的“熱皮塔”是對問題回答的有力候選人來刪除它。這么有趣！！太陽系外行星世界約翰·霍普金斯大學的Gavin Wang先生等的研究小組根據(jù)追加的觀測結(jié)果，對2017年發(fā)現(xiàn)的、其巨大的太陽系外行星“HAT-P-67b”進行了詳細的分析。結(jié)果，測量出HAT-P-67b的直徑約為30萬6000km，約為木星的2.140倍，地球的23.99倍。這比2017年當時的測量結(jié)果更大，確實是被分類為行星的天體中“已知的直徑最大的行星”。

行星能有多大？

在太陽系中，直徑最大的行星是木星，其直徑為14萬2984km(※1 )，約為地球的11.2倍。據(jù)推測，在木星的中心，有一個直徑和地球差不多的巖石核，因為是在其周圍裹著大量氣體的“巨大氣體行星”，所以才這么巨大。另外，對于沒有固體表面的巨大氣體行星，將氣壓達到1個大氣壓的高度作為直徑的定義。那么，宇宙中有比木星更大的行星嗎？有人認為，假設向木星添加氣體，內(nèi)部也會被壓縮，只會變得更高密度，直徑幾乎不會增加，或者反而會縮小。在這樣低溫的巨大氣體行星的情況下，約17萬2000km (是木星的1.2倍)被認為是直徑的極限。但是，在恒星極端附近公轉(zhuǎn)的巨大氣體行星“熱朱庇特”的情況下，從恒星接收的熱量會膨脹，可以超過低溫時的極限。大氣過度膨脹的話，將無法通過重力留住分子，因此大氣會流出。也就是說，人們認為熱朱庇特有直徑的極限。目前，包括熱朱庇特在內(nèi)的行星直徑的理論極限被認為約為31萬5000km (是木星的2.2倍)，該極限值在觀測上也得到了顯示(※2 )。

最大的行星候補“HAT-P-67b”

在已知的行星中，直徑最大的候選行星之一是2017年發(fā)現(xiàn)的“HAT-P-67b”。距離地球約1210光年的這顆太陽系外行星，在距離恒星“HAT-P-67”僅約940萬km的地方以約4天19小時的周期公轉(zhuǎn)。因此，HAT-P-67b被歸類為表面溫度加熱到1500℃以上的熱焦耳。從地球的角度看，HAT-P-67b有時會通過恒星的前面。橫穿期間，恒星的亮度會減少被行星遮住的部分，因此根據(jù)這個變化可以知道行星的面積(投影面積)，根據(jù)面積可以知道直徑。這個“渡越法”是能夠高精度地知道遙遠的太陽系外行星直徑的重要手段。 2017年觀測時，測量出HAT-P-67b的直徑約為29萬8100km (木星的約2.085倍，地球的約23.4倍)。但是HAT-P-67b的情況下，橫穿的恒星HAT-P-67被稱為f型準巨星，是直徑較大的恒星是個問題。如果恒星直徑較大，即面積較大，橫穿恒星前方的行星可以隱藏的面積比例就會變小，變暗的程度也會減少。恒星的亮度變化本來就很微弱，而且還有觀測誤差，所以與亮度變化相關的精度會下降。

HAT-P-67b的估計直徑更大！

HAT-P-67b、木星和地球直徑的比較圖。 ( Credit: NASA (地球)、NASA & STSCI (木星) /直徑的比較用調(diào)整根據(jù)筆者(彩惠) )

約翰·霍普金斯大學的Gavin Wang先生等的研究小組進行了分析，以確定HAT-P-67b的準確直徑。除了發(fā)現(xiàn)HAT-P-67b的“HATNet (匈牙利自動望遠鏡網(wǎng)絡)”之外，還可以通過美國的“基特峰國立天文臺”和美國航空航天局的宇宙望遠鏡“TESS”等地面和宇宙兩個望遠鏡進行觀測分析結(jié)果表明，HAT-P-67b的直徑約為30萬6000km(30萬2400~30萬9600km )。不僅精度得到了改善，達到了木星的2.140±0.025倍(地球的23.99±0.28倍)，而且推測可能性更大。在確實被分類為行星的天體中(※3 )，由于沒有一顆行星的直徑被推測得比這更大，所以HAT-P-67b成為“已知的直徑最大的行星”。據(jù)推測，HAT-P-67b的直徑是木星的2倍多，但質(zhì)量約為木星的0.45倍，不到木星的一半。因此，HAT-P-67b的平均密度為每立方cm約0.061g，密度極端低，可以說比天鵝糖稍高。熱粉撲中密度極低的被稱為“Super-puff”，而HAT-P-67b在super粉撲中的密度也只有五指那么低(※4 )。

HAT-P-67b看起來很大也許是運氣好吧？

從某種意義上來說，能觀測到HAT-P-67b這個直徑幾乎是地球2.4倍的超巨大行星也許是幸運的事情。實際上，HAT-P-67b的直徑是相當接近理論行星直徑極限的值。據(jù)觀測，無法通過重力連接膨脹到如此程度的大氣，HAT-P-67b的大氣實際上正在流出。根據(jù)理論模型，預計HAT-P-67b在大約500萬年內(nèi)大氣就會蒸發(fā)，只剩下質(zhì)量為地球數(shù)倍到數(shù)十倍的核。據(jù)推測，在1億5000萬年到2億5000萬年內(nèi)，HAT-P-67b會因恒星的潮汐力而破碎，碎片也會被吞噬。數(shù)億年在天文學上是短時間尺度，所以能夠觀測到膨脹的HAT-P-67b被認為是幸運的。據(jù)推測，HAT-P-67b誕生于距今約14億6000萬年前，但考慮到目前的狀態(tài)無法持續(xù)下去，推測HAT-P-67b最近由于某種原因公轉(zhuǎn)軌道縮小，開始在恒星附近公轉(zhuǎn) 由于行星的公轉(zhuǎn)周期約為4天19小時，與恒星自轉(zhuǎn)周期約為5天10小時，非常接近，因此也可以推測行星和恒星之間是否存在某種相互作用。恒星附近有一顆巨大的行星，這一熱皮塔的形成過程至今仍被許多謎團籠罩著。 HAT-P-67b可能為熱朱庇特的形成過程和最終命運提供了難得的時機快照。

注釋※1…14萬2984km這個值，準確地說是木星的赤道直徑。平均直徑為13萬9822km，約為地球的11.0倍。在行星科學領域，木星半徑經(jīng)常被用作單位，但由于其值是木星的赤道半徑，所以本文引用了赤道上的值。 ※2…誕生后不久的行星因重力引起的收縮不充分，所以有時也會被聲稱有超過這個極限大小的行星。但是，該測量結(jié)果與行星周邊存在的塵埃和氣體的圓盤的區(qū)別很模糊，圓盤內(nèi)的數(shù)值有時會被錯誤地引用為“行星的直徑”。另外，估計質(zhì)量為木星的1.3倍，超過行星上限的東西也不少見。 ※3…可能超過hat-p-67b直徑的天體，直徑?jīng)]有直接測量，或者質(zhì)量超過了木星的1.3倍。超過這個質(zhì)量的話，一般會被分類為具有其他性質(zhì)的天體，叫做“棕矮星”，而不是行星。 ※4…論文中將HAT-P-67b說明為“密度僅次于WASP-193b的第二低行星”，作為密度更低、觀測精度也高的例子，請參照“開普勒51d”眾所周知。由于不清楚論文中沒有列舉這個行星的理由，所以本文沒有涉及它是第幾個。參考文獻來源Gavin Wang，et al." a revised density estimate for the largest known exo planet，HAT-P-67 b”.(arXiv ) G. Zhou， “hat-p-67b:an extremely low density Saturn transiting an f-sub giant confirmed via Doppler tomography”. ( the astrononomical journal ) xing Wei .“why hot jupiters can be large but not too large”. ( monthly notices of the royal astronomical society )

sorae編輯部