在系外行星大气中检测到的化学元素钾

由AIP博士领导的天文学家团队学生Engin Keles首次发现了系外行星大气中的化学元素钾，这是第一次具有压倒性的重要性并应用高分辨率光谱学。位于亚利桑那州的大型双目望远镜(LBT)的波茨坦阶梯极化和光谱仪器(PEPSI)用于研究类木星的系外行星HD189733b的大气层。

自20年前最早的理论预测以来，预计化学元素钾和钠在“热木星”的气氛中是可以探测的，这些气体行星的温度为几千开尔文，它们围绕遥远的恒星运行。虽然早期已经通过高分辨率观察检测到钠，但钾不是，这为大气化学和物理学创造了一个难题。

当从地球上看到行星从它前面经过时，可以通过分析本垒星的光谱来发现这些元素。不同的元素在光谱中产生特定的吸收信号，暗线暗示了大气的化学成分。然而，在热木星大气中存在的云强烈削弱了任何光谱吸收特征，因此很难检测到它们。即使对于研究最好的热木星HD189733b，到目前为止，科学家们对钾的吸收只有非常模糊和不精确的知识。系外行星，64光年离开和大约木星的大小，在53小时内绕着它的家乡恒星 - 一颗红色巨星运行，并且比地球到太阳的距离要近30倍。它需要2x8,4m LBT的聚光能力和PEPSI的高光谱分辨率，以便在云层上方的大气层中以高分辨率首次测量钾。通过这些新的测量，研究人员现在可以比较钾和钠的吸收信号，从而更多地了解这些系外行星大气中的冷凝或光电离等过程。

HD189733b中的钾检测。该动画描绘了在运输过程中与系外行星本身的光吸收相比，在系外行星大气中钾线的过度吸收。横轴表示以分钟为单位的时间，0表示系外行星位于恒星盘中部附近的中央子午线处。垂直虚线表示运输持续时间。蓝线表示模拟的行星吸收。图片来源：AIP / Engin Keles，Kristin Riebe

在LBT应用于该研究的技术称为透射光谱学。它要求系外行星在主星前方过境。“我们在运输过程中拍摄了一系列光谱，并比较了吸收深度，”该研究的主要作者Engin Keles博士说。Stellar Physics and Exoplanets的AIP学生。“在运输过程中，我们随后检测到了钾的特征，这种特征在运输之前和之后都按预期消失，这表明吸收是由行星大气引起的。”其他团队的调查已经尝试在相同的系外行星上探测钾，但是，没有发现任何东西或发现的东西太弱而不具有统计学意义。

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