詹姆斯韋伯在神秘的粉紅色世界中發現了奇異的鹽雲

十多年來，以其粉紅色薄霧而聞名的古代世界一直是天文學上經久不衰的謎團之一。作為有史以來直接成像的最冷的行星質量伴星之一，它是如此微弱，以至於科學家一直在努力研究它來自地球的光。現在，詹姆斯韋伯太空望遠鏡（JWST）的觀測揭示了一種充滿奇異化學物質和雲層的大氣層，這是以前從未見過的。

這些發現提供了一些第一個直接證據，證明鹽雲可能存在於寒冷行星物體的大氣中，證實了科學家 15 多年前所做的預測。結果也凸顯了 JWST 探測地面天文台無法到達的極冷和微弱世界的能力。

該研究於 6 月 18 日發表 天文學雜誌。

領導這項研究的西北大學阿尼什·巴布拉傑 (Aneesh Baburaj) 表示：“這顆粉紅星球是迄今為止用地面儀器發現的最冷的伴星。” “世界各地的許多團隊進行了後續觀測來研究它的光，但它對於地面儀器來說太微弱了。這使它成為 JWST的完美目標。

Baburaj 是系外行星研究員，也是西北大學天文物理學跨領域探索與研究中心 (CIERA) 的博士後研究員。該計畫還涉及太空望遠鏡科學研究所（STScI）的科學家，其中包括設計該物體觀測計畫的馬歇爾·佩林（Marshall Perrin）。佩林是 JWST 望遠鏡科學家團隊的成員，協助開發了天文台並支援其持續運作。

身份不確定的冰冷世界

這顆粉紅色行星於 2013 年首次被發現，正式名稱為 GJ 504 b，繞著一顆距離地球 57 光年的類太陽恆星運行。儘管有這個綽號，研究人員仍不確定它是一顆行星。

GJ 504 b 的質量是木星的 25 倍，位於巨行星和褐矮星之間的邊界附近。由於這種模糊性，天文學家將其歸類為“行星質量伴星”，即具有類似行星質量繞恆星運行的物體。

它的低溫增加了它的吸引力。大多數直接成像的系外行星的溫度在華氏 1,000 到 2,000 度之間。相較之下，GJ 504 b 的溫度約為 550 華氏度（290 攝氏度），類似於麵包烤箱內的溫度。

巴布拉吉表示，該物體的年齡有助於解釋其相對涼爽的原因。巨型行星的生命開始時非常炎熱，並在數十億年的時間裡逐漸變冷。新研究估計 GJ 504 b 的年齡在 25 億至 40 億年之間。

詹姆斯·韋伯揭示了地球的光譜

為了研究該物體，巴布拉吉和他的同事使用 JWST 收集其微弱的光線。然後，他們應用先進的處理技術來消除明亮得多的主星的眩光。

這種方法使團隊能夠獲得伴隨光譜，它將光分成其組成顏色。由於不同的元素和分子在光譜中留下獨特的特徵，科學家可以利用這些資訊來確定大氣的成分。

巴布拉吉說：“過去，其他天文學家用世界上一些最大的望遠鏡對伴星進行了整晚的觀察，以獲得光譜。” “他們看不到這個物體。通過 JWST，我們的整個觀察持續了大約兩個小時，我們成功了。”

鹽雲解開了一個長期的謎團

觀測結果顯示，大氣中含有水蒸氣、甲烷、二氧化碳、氨和其他分子。

當研究人員嘗試使用電腦模型重現大氣時，他們遇到了一個問題。觀測結果只能與物理上真實的大氣條件相符。

當團隊向模型中添加雲端時，解決方案就出現了。一旦烏雲滾滾而來，奇怪的不一致就消失了。結果表明，鹽雲遮蔽了大氣層的深層，並影響了最終到達 JWST 的光線。

巴布拉吉說：“我們對雲進行了模擬，結果與我們對寒冷行星的了解一致。” “我們測試了三種不同類型的雲，鹽雲最適合。當我們考慮鹽雲時，它主導了隱藏在伴星大氣層深處的分子特徵。然後結果在物理上變得可能。”

光譜還表明，GJ 504 b 可能含有異常大量的重元素，天文學家通常稱之為金屬。然而，關於該物體是如何形成的仍然存在疑問。目前的證據表明，它可能是透過形成行星的過程或形成小恆星的過程形成的。

探索冷外星世界的新方式

巴布拉傑相信，為這項研究開發的方法可以幫助科學家研究其他行星上寒冷、微弱的物體。

例如，木星的雲是由氨冰組成的。儘管目前的儀器還無法以同樣的細節研究這些雲層，但 GJ 504 b 周圍鹽雲的探測表明天文學家正在接近這一目標。

「這是我們第一次發現鹽雲對於解釋物體的光譜至關重要，」巴布拉吉說。 “這是一個很好的提醒，讓我們在模型中考慮雲。”

這項名為「JWST-TST 高對比：GJ 504 b 的首次直接光譜揭示雲和可能的金屬富集」的研究得到了 NASA 的支持（獎項 80NSSC20K0586）。