詹姆斯·韦伯望远镜探测到遥远恒星系统中“地狱星球”55？Cancri？e周围的大气层
（图片来源：uux.cn美国国家航空航天
【菜科解读】
一位艺术家对55 Cancri e的演绎，这可能是第一颗被证实有大气层的岩石系外行星。
（图片来源：uux.cn美国国家航空航天局喷气推进实验室）
（神秘的地球uux.cn）据美国生活科学网站（乔安娜·汤普森）：“地狱星球”能有大气层吗？在5月8日发表在《自然》杂志上的一篇新论文中，使用詹姆斯·韦伯太空望远镜（JWST）的研究人员可能最终破解了这一长达数十年的系外行星之谜，并在这样做的过程中探测到了太阳系外岩石世界周围存在大气层的最佳证据。
55 Cancri e是一个火热的世界。
这颗系外行星被归类为岩石“超级地球”，直径是地球的两倍，围绕其恒星运行的距离仅为水星和太阳之间距离的4%。
它的表面可能覆盖着熔融的岩浆海，环境温度足以融化铁。
自从2004年发现55 Cancri e以来，科学家们一直对它存在的各个方面感到困惑：它的轨道周期、密度，最重要的是它的大气层。
起初，研究人员不确定这颗系外行星是否能支撑大气层；一些人认为它只是太热了，离恒星太近了。
但JWST的新证据表明，55 Cancri e确实被一层气体覆盖——尽管这是一层不寻常的气体。
这个超级热的超级地球有大气层的第一个迹象来自一个奇怪的温度测量。
研究人员使用JWST的中红外仪器（MIRI）测量了55 Cancri e白天的热排放。
如果地球没有大气层，其白天温度将飙升至4000华氏度（2200摄氏度）左右。
但这不是MIRI发现的。
“相反，MIRI的数据显示温度相对较低，约为2800华氏度[1500摄氏度]，”该研究的主要作者、美国国家航空航天局喷气推进实验室的天文学家胡仁宇在一份声明中说。
这一读数表明，有某种东西——很可能是大气流——正在将热量从地球的白天转移到夜晚。
接下来，胡的团队使用近红外相机（NIRCam）仪器来确定这种疑似大气中可能存在哪些元素。
他们发现了二氧化碳或一氧化碳气体在行星熔融岩石表面旋转的证据。
但研究人员怀疑，自行星形成以来，这种气体层就不存在了——这样的大气层会被附近恒星的太阳风迅速而猛烈地剥离。
相反，他们认为富含碳的“次级大气”正在从地球内部冒出。
这将允许大气不断地自我补充，即使气体会蒸发掉。
研究合著者、新墨西哥大学系外行星研究员戴安娜·德拉戈米尔对55 Cancri e进行了10多年的研究，她对研究结果感到特别兴奋。
她在声明中说：“我们得到的观测结果都没有有力地解开这些谜团，这真的很令人沮丧。
”。
“我很高兴我们终于得到了一些答案！”
饥饿的黑洞喷射出明亮的X射线，其温度是太阳的6万倍
简单来说，类星体是黑洞，当它们以星系中心的气体为食时，明亮、高能的电磁辐射射流从它们的两侧射出。
该团队用X射线拍摄的类星体被称为SMSS j 114447.77–430859.3(j 1144)，是过去90亿年宇宙历史中看到的此类物体中最明亮的例子。
这颗类星体位于距离地球约96亿光年的星系中心，位于半人马座和九头蛇星座之间的天空中，比太阳亮约100万亿倍。
像J1144这样的类星体非常明亮，它们经常比所在星系中每颗恒星的光总和还要亮。
它们是所谓的活动星系核(AGN)的例子，只有在距离地球很远的地方才能发现，因此是在早期宇宙中。
研究类星体可以让天文学家对这些强大的宇宙事件及其对银河系环境的影响有更详细的了解。
科学家们推断，在早期宇宙中发现类星体的原因是大爆炸后不久星系中的气体和尘埃更丰富。
这意味着它们拥有足够的燃料，允许其中心黑洞为几乎整个电磁光谱的明亮发射提供动力，包括低能无线电，红外，可见光，紫外波长和高能X射线波长。
J1144最初是由南方巡天望远镜(SMSS)于2022年在可见光下发现的。
为了跟进这一发现，由马克斯·普朗克地外物理研究所(MPE)博士候选人Zsofi Igo领导的团队结合了几个太空天文台的观测结果。
其中包括光谱-伦琴-伽马(SRG)天文台的eROSITA仪器、欧空局XMM-Newton天文台、美国航天局的核光谱望远镜阵列(NuSTAR)和美国航天局的Neil Gehrels Swift天文台。
这种数据组合使天文学家能够测量来自类星体的X射线的温度，发现它们大约为6.3亿华氏度(3.5亿摄氏度)。
这比太阳表面的温度高了惊人的6万倍。
该团队还能够估算出这些排放背后黑洞的质量，发现它大约是太阳的100亿倍。
不仅如此，J1144的超大质量黑洞进食速度如此之快，以每年100个太阳的速度增长。
然而，并不是这个黑洞周围的所有气体都被注入其中。
科学家们发现，一些气体正以极其强大的风的形式从类星体中喷出，向其周围的星系注入大量能量。
该团队还发现，J1144有一个特征，使其区别于其他类星体:它发出的X射线光在几个地球日的时间尺度上变化。
对于拥有这种大小黑洞的类星体来说，其X射线的可变性通常是在几个月甚至几年的时间尺度上。
Kammoun补充说:“我们非常惊讶的是，尽管它具有极大的能量，但以前的X射线天文台从未观测到它。
”。
“对这一来源的新监测活动将于今年6月开始，这可能会揭示这一独特来源的更多惊喜。
”该小组的研究发表在皇家天文学会月刊上。
一个“原始”黑洞可能每十年就会穿过我们的太阳系
这些发现表明，如果天文学家能够发现并证实这种引力扰动的存在，他们可能能够解开暗物质本质背后的谜团，许多研究人员怀疑这种看不见的物质约占宇宙中所有物质的六分之五。
许多研究人员认为暗物质可能由未知粒子组成，但迄今为止还没有实验发现可能是暗物质的新粒子。
因此，科学家们正在探索的一种解释暗物质的替代方案是所谓的原始黑洞，这些黑洞自黎明以来就存在了。
先前的研究表明，宇宙中约86%的物质是由一种基本上看不见的物质组成的，这种物质被称为暗物质。
科学家们从暗物质对日常物质和光的引力效应中推断出暗物质的存在，但目前尚不确定它可能是由什么组成的。
黑洞因其巨大的引力而得名，引力如此强大，以至于连光都无法逃脱。
如果一个黑洞不放弃它的存在——例如，通过撕裂一颗恒星——它可能不会在太空的黑暗中被发现。
几十年来，天文学家探测到了许多黑洞，从恒星质量黑洞（通常是太阳质量的5到10倍）到超大质量黑洞（数百万到数十亿太阳质量）。
相比之下，这项新研究考察了原始黑洞，之前的研究表明，原始黑洞的质量可能只有一颗典型小行星的质量，即大约1100亿到1.1亿吨（1000亿到1亿公吨）。
加州大学圣克鲁斯分校的理论物理学家Sarah Geller告诉Space.com：“我们在工作中考虑的黑洞至少比太阳轻100亿倍，其大小几乎不比氢原子大。
”。
艺术家对M87星系超大质量黑洞的印象。
（图片来源：uux.cn/S.Dagnello（NRAO/AUI/NSF））当一个物体密度如此之大，以至于在自身重力的作用下坍缩时，黑洞就会出现。
先前的研究表明，大爆炸后不久，在宇宙规模大幅膨胀之前，新生宇宙中物质密度的随机波动导致一些团块变得足够密集，形成黑洞。
先前的研究表明，幸存至今的原始黑洞可能构成大部分或全部暗物质。
基于这项工作，这项新研究考察了原始黑洞在太阳系中飞行的频率，以及它们是否会对可见物体产生科学家可以检测到的影响。
盖勒说：“如果外面有很多黑洞，其中一些肯定会时不时地穿过我们的后院。
”。
盖勒说，最初研究人员“考虑了如果一个黑洞穿透地壳，穿过我们的大气层，或者在月球上留下一个陨石坑，会发生什么”。
“我们甚至问自己，如果这些小黑洞中的一个击中人类，会发生什么。
”然而，盖勒解释说：“这些想法都遇到了同样的问题。
”。
“在浩瀚的太空中，一个人、月球甚至地球都是一个非常小的目标，黑洞直接撞击他们的可能性很小。
”相反，盖勒说：“我们需要的是一个足够大的系统，让黑洞能够定期经过，但要精确测量到足以让我们看到一些效果。
”。
“从那时起，我们开始考虑太阳系中物体的轨道的精确测量。
”原则上，原始黑洞的引力“可能会在太阳系中的物体轨道上产生足够大的摆动，让我们可以测量。
”科学家们最终将注意力集中在太阳系内行星附近的原始黑洞上——水星、金星、地球和火星。
他们发现，如果原始黑洞存在，它们可能足够多，每十年至少有一个黑洞飞过内部世界一次。
他们补充说，自从能够检测到这种扰动的技术上线以来，可能已经发生了几次飞越。
盖勒警告说，“我们并没有做出以下任何
