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系外行星大气中二氧化碳的识别。

Identification of carbon dioxide in an exoplanet atmosphere.

出版信息

Nature. 2023 Feb;614(7949):649-652. doi: 10.1038/s41586-022-05269-w. Epub 2022 Sep 2.

DOI:10.1038/s41586-022-05269-w
PMID:36055338
原文链接:https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC9946830/
Abstract

Carbon dioxide (CO) is a key chemical species that is found in a wide range of planetary atmospheres. In the context of exoplanets, CO is an indicator of the metal enrichment (that is, elements heavier than helium, also called 'metallicity'), and thus the formation processes of the primary atmospheres of hot gas giants. It is also one of the most promising species to detect in the secondary atmospheres of terrestrial exoplanets. Previous photometric measurements of transiting planets with the Spitzer Space Telescope have given hints of the presence of CO, but have not yielded definitive detections owing to the lack of unambiguous spectroscopic identification. Here we present the detection of CO in the atmosphere of the gas giant exoplanet WASP-39b from transmission spectroscopy observations obtained with JWST as part of the Early Release Science programme. The data used in this study span 3.0-5.5 micrometres in wavelength and show a prominent CO absorption feature at 4.3 micrometres (26-sigma significance). The overall spectrum is well matched by one-dimensional, ten-times solar metallicity models that assume radiative-convective-thermochemical equilibrium and have moderate cloud opacity. These models predict that the atmosphere should have water, carbon monoxide and hydrogen sulfide in addition to CO, but little methane. Furthermore, we also tentatively detect a small absorption feature near 4.0 micrometres that is not reproduced by these models.

摘要

二氧化碳(CO)是一种广泛存在于行星大气中的关键化学物质。在系外行星的背景下,CO 是金属丰度(即比氦重的元素,也称为“金属性”)的指标,因此也是热气体巨行星原始大气形成过程的指标。它也是在系外行星的次生大气中最有希望探测到的物种之一。斯皮策太空望远镜对过境行星的先前测光测量已经暗示了 CO 的存在,但由于缺乏明确的光谱识别,尚未得出明确的探测结果。在这里,我们从 JWST 的早期释放科学计划中的传输光谱观测中,报告了对气态巨行星系外行星 WASP-39b 大气中 CO 的探测。本研究中使用的数据在波长 3.0-5.5μm 范围内,在 4.3μm 处显示出明显的 CO 吸收特征(26 倍标准差意义上)。整体光谱与一维、十倍太阳金属丰度模型非常吻合,这些模型假设辐射-对流-热化学平衡,并有适度的云不透明度。这些模型预测,除了 CO 之外,大气中还应该有水、一氧化碳和硫化氢,但甲烷含量很少。此外,我们还初步探测到了一个在 4.0μm 附近的小吸收特征,这些模型无法重现该特征。

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