5月22日(星期四) 11:02发布
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HAT-P-67b的想象图。 ( Credit: NASA )
“宇宙中直径最大的行星是什么？ ”这个问题应该怎么回答呢？ 像木星一样的巨大气体行星但是，被恒星的热量烘烤而膨胀的“热皮塔”是对问题回答的有力候选人来删除它。这么有趣！ ！ 太阳系外行星世界约翰·霍普金斯大学的Gavin Wang先生等的研究小组根据追加的观测结果，对2017年发现的、其巨大的太阳系外行星“HAT-P-67b”进行了详细的分析。 结果，测量出HAT-P-67b的直径约为30万6000km，约为木星的2.140倍，地球的23.99倍。 这比2017年当时的测量结果更大，确实是被分类为行星的天体中“已知的直径最大的行星”。
行星能有多大？在太阳系中，直径最大的行星是木星，其直径为14万2984km(※1 )，约为地球的11.2倍。 据推测，在木星的中心，有一个直径和地球差不多的岩石核，因为是在其周围裹着大量气体的“巨大气体行星”，所以才这么巨大。 另外，对于没有固体表面的巨大气体行星，将气压达到1个大气压的高度作为直径的定义。 那么，宇宙中有比木星更大的行星吗？ 有人认为，假设向木星添加气体，内部也会被压缩，只会变得更高密度，直径几乎不会增加，或者反而会缩小。 在这样低温的巨大气体行星的情况下，约17万2000km (是木星的1.2倍)被认为是直径的极限。 但是，在恒星极端附近公转的巨大气体行星“热朱庇特”的情况下，从恒星接收的热量会膨胀，可以超过低温时的极限。 大气过度膨胀的话，将无法通过重力留住分子，因此大气会流出。 也就是说，人们认为热朱庇特有直径的极限。 目前，包括热朱庇特在内的行星直径的理论极限被认为约为31万5000km (是木星的2.2倍)，该极限值在观测上也得到了显示(※2 )。
最大的行星候补“HAT-P-67b”在已知的行星中，直径最大的候选行星之一是2017年发现的“HAT-P-67b”。 距离地球约1210光年的这颗太阳系外行星，在距离恒星“HAT-P-67”仅约940万km的地方以约4天19小时的周期公转。 因此，HAT-P-67b被归类为表面温度加热到1500℃以上的热焦耳。 从地球的角度看，HAT-P-67b有时会通过恒星的前面。 横穿期间，恒星的亮度会减少被行星遮住的部分，因此根据这个变化可以知道行星的面积(投影面积)，根据面积可以知道直径。 这个“渡越法”是能够高精度地知道遥远的太阳系外行星直径的重要手段。 2017年观测时，测量出HAT-P-67b的直径约为29万8100km (木星的约2.085倍，地球的约23.4倍)。 但是HAT-P-67b的情况下，横穿的恒星HAT-P-67被称为f型准巨星，是直径较大的恒星是个问题。 如果恒星直径较大，即面积较大，横穿恒星前方的行星可以隐藏的面积比例就会变小，变暗的程度也会减少。 恒星的亮度变化本来就很微弱，而且还有观测误差，所以与亮度变化相关的精度会下降。
HAT-P-67b的估计直径更大！图片
HAT-P-67b、木星和地球直径的比较图。 ( Credit: NASA (地球)、NASA & STSCI (木星) /直径的比较用调整根据笔者(彩惠) )
约翰·霍普金斯大学的Gavin Wang先生等的研究小组进行了分析，以确定HAT-P-67b的准确直径。 除了发现HAT-P-67b的“HATNet (匈牙利自动望远镜网络)”之外，还可以通过美国的“基特峰国立天文台”和美国航空航天局的宇宙望远镜“TESS”等地面和宇宙两个望远镜进行观测 分析结果表明，HAT-P-67b的直径约为30万6000km(30万2400~30万9600km )。 不仅精度得到了改善，达到了木星的2.140±0.025倍(地球的23.99±0.28倍)，而且推测可能性更大。 在确实被分类为行星的天体中(※3 )，由于没有一颗行星的直径被推测得比这更大，所以HAT-P-67b成为“已知的直径最大的行星”。 据推测，HAT-P-67b的直径是木星的2倍多，但质量约为木星的0.45倍，不到木星的一半。 因此，HAT-P-67b的平均密度为每立方cm约0.061g，密度极端低，可以说比天鹅糖稍高。 热粉扑中密度极低的被称为“Super-puff”，而HAT-P-67b在super粉扑中的密度也只有五指那么低(※4 )。
HAT-P-67b看起来很大也许是运气好吧？从某种意义上来说，能观测到HAT-P-67b这个直径几乎是地球2.4倍的超巨大行星也许是幸运的事情。 实际上，HAT-P-67b的直径是相当接近理论行星直径极限的值。 据观测，无法通过重力连接膨胀到如此程度的大气，HAT-P-67b的大气实际上正在流出。 根据理论模型，预计HAT-P-67b在大约500万年内大气就会蒸发，只剩下质量为地球数倍到数十倍的核。 据推测，在1亿5000万年到2亿5000万年内，HAT-P-67b会因恒星的潮汐力而破碎，碎片也会被吞噬。 数亿年在天文学上是短时间尺度，所以能够观测到膨胀的HAT-P-67b被认为是幸运的。 据推测，HAT-P-67b诞生于距今约14亿6000万年前，但考虑到目前的状态无法持续下去，推测HAT-P-67b最近由于某种原因公转轨道缩小，开始在恒星附近公转 由于行星的公转周期约为4天19小时，与恒星自转周期约为5天10小时，非常接近，因此也可以推测行星和恒星之间是否存在某种相互作用。 恒星附近有一颗巨大的行星，这一热皮塔的形成过程至今仍被许多谜团笼罩着。 HAT-P-67b可能为热朱庇特的形成过程和最终命运提供了难得的时机快照。
注释※1…14万2984km这个值，准确地说是木星的赤道直径。 平均直径为13万9822km，约为地球的11.0倍。 在行星科学领域，木星半径经常被用作单位，但由于其值是木星的赤道半径，所以本文引用了赤道上的值。 ※2…诞生后不久的行星因重力引起的收缩不充分，所以有时也会被声称有超过这个极限大小的行星。 但是，该测量结果与行星周边存在的尘埃和气体的圆盘的区别很模糊，圆盘内的数值有时会被错误地引用为“行星的直径”。 另外，估计质量为木星的1.3倍，超过行星上限的东西也不少见。 ※3…可能超过hat-p-67b直径的天体，直径没有直接测量，或者质量超过了木星的1.3倍。 超过这个质量的话，一般会被分类为具有其他性质的天体，叫做“棕矮星”，而不是行星。 ※4…论文中将HAT-P-67b说明为“密度仅次于WASP-193b的第二低行星”，作为密度更低、观测精度也高的例子，请参照“开普勒51d”众所周知。 由于不清楚论文中没有列举这个行星的理由，所以本文没有涉及它是第几个。 参考文献来源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编辑部
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