WASP-189b位于天秤座，距离地球近320光年，属于被称为超热木星（UHJ）的极端行星类别。这些巨大的行星温度极高，以至于通常在固态岩石中发现的物质也能变成气体。因此，可以在它们的大气JianCe测到镁、硅和铁等元素。天文学家通过光谱学来识别这些物质，这种方法将光分离成不同的波长，以揭示存在的化学物质。
由亚利桑那州立大学（ASU）研究生Jorge Antonio Sanchez领导的一个国际研究团队，使用高分辨率浸没式光栅红外光谱仪（IGRINS）对WASP-189b进行了研究。当时，该仪器安装在智利的双子南望远镜上。[1]
研究人员首次能够在太阳系外一颗行星的大气中同时测量到镁和硅。他们的观测显示，WASP-189b上镁与硅的比例与其母星中发现的比例高度一致。这一结果为关于恒星与其行星之间化学关系的广泛假设提供了首个直接观测证据，为研究行星的起源和演化提供了一种有价值的新方法。
“这些发现展示了双子星望远镜帮助我们了解太阳系附近非凡的系外行星‘动物园’特征的能力，”美国国家科学基金会（NSF）NOIRLab项目主任Chris Davis说。“这些发现之所以成为可能，仅仅是因为双子星望远镜拥有尖端仪器。”
恒星与行星之间长期被怀疑的联系
天文学家认为，像WASP-189b这样的巨行星是在环绕年轻恒星的巨大气体和尘埃盘内形成的。这些被称为原行星盘的结构提供了行星发育的原始物质。巨行星外层大气的化学成分被认为保留了有关其最初形成环境的线索。
由于恒星及其周围的盘起源于同一物质云，科学家长期以来一直假设它们含有相似比例的成岩元素。特别是，盘中这些元素的比例预计将与其在中心恒星中测量到的比例相似。
这种关系已成为预测岩石质系外行星成分的重要工具。然而直到现在，这一假设主要得到我们自身太阳系证据的支持。天文学家尚未在绕另一颗恒星运行的行星中直接测量到相同的关系。
这项涉及WASP-189b的发现提供了缺失的观测证据，加强了利用恒星化学来理解遥远行星组成物质的科学基础。
“WASP-189b为我们理解类地行星的形成提供了一个急需的观测锚点，因为它提供了一个可测量的量，验证了恒星成分与用于形成行星的宿主恒星周围岩石物质比例之间假定的相似性，”Sanchez说。
行星化学能揭示关于宜居性的什么信息
其影响超越了理解行星是如何组装的。这种化学关系在天体生物学中也很重要，该学科研究地球之外存在生命的可能性以及可能支持生命的环境条件，包括我们太阳系内的宜居环境。
通过研究恒星中存在的元素，天文学家或许能够估计其行星可用的成岩物质的相对数量。这些物质影响行星的内部结构、地质活动和化学环境，所有这些都会影响是否可能形成适合生命生存的条件。
地球提供了一个熟悉的例子。组成我们星球的元素有助于决定板块构造、保护性磁场的产生以及基本化学物质向大气、海洋和土壤的运动等过程。这些过程共同促成了允许生命繁衍的环境。
随着研究人员致力于更详细地研究较小的岩石质系外行星，建立恒星化学与行星成分之间可靠的联系变得越来越重要。WASP-189b的发现为这一方向迈出了重要的一步。
强大的望远镜为外星大气层打开了一扇新窗口
获得这些测量结果需要能够区分从遥远行星大气收集的光中极细微细节的仪器。据研究人员称，目前只有地面望远镜能够提供此类分析所需的光谱分辨率。
“我们的研究证明了地面高分辨率光谱仪能够约束镁和硅等关键物质，这两种元素是构成岩石行星的基本组成单元，”研究合著者、ASU副教授Michael Line说。“这种不断进步的能力为我们的系外行星大气研究开辟了一个全新的维度。”
该团队预计，未来使用多个波长和类似精密仪器的观测将揭示系外行星大气中更广泛的元素。建立其化学成分更完整的图景，可能会揭示有关行星如何形成、如何随时间变化以及哪些条件可能有利于宜居性的额外线索。
通过将遥远行星的化学特征与其恒星联系起来，天文学家现在有了支持一项原理的新证据，该原理可能有助于指导在整个银河系内寻找潜在的宜居世界。
注释
- IGRINS在2022年至2023年间作为访问仪器在双子南望远镜运行，随后返回其所属机构。其成功的表现促成了升级版本IGRINS-2的开发，该版本随后作为夏威夷双子北望远镜的永久设施仪器投入使用。