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在室女座，距离地球700光年，行星WASP-39b围绕恒星WASP-39运行。这颗气态巨行星绕轨道运行一周只需要四天多一点的时间，是研究得最好的系外行星之一。在2022年7月投入使用后不久，美国宇航局的詹姆斯·韦伯太空望远镜将其高精度的目光转向了这颗遥远的星球。

数据显示，WASP-39b的大气中存在大量水蒸气、甲烷，甚至首次发现了二氧化碳。一个小小的感觉，但仍有一个美中不足的地方:研究人员还没有成功地再现模型计算中观察到的所有关键细节。这阻碍了对数据进行更精确的分析。

在MPS领导的这项新研究中，作者，包括来自麻省理工学院(美国)、太空望远镜科学研究所(美国)、基尔大学(英国)和海德堡大学(德国)的研究人员，展示了一种克服这一障碍的方法。

MPS科学家Nadiia Kostogryz博士是这项新研究的第一作者，他解释说:“在解释来自WASP-39b的数据时，出现的问题在许多其他系外行星上都是众所周知的——不管它们是由开普勒、TESS、詹姆斯·韦伯还是未来的柏拉图航天器观测到的。”“与其他由系外行星环绕的恒星一样，WASP-39观测到的光线曲线比以前的模型所能解释的要平坦。”

研究人员将光曲线定义为对一颗恒星在较长时间内亮度的测量。例如，恒星的亮度会不断波动，因为它的亮度会受到自然波动的影响。系外行星也会在光线曲线上留下痕迹。如果一颗系外行星从它的恒星前面经过，就像观察者看到的那样，它会使星光变暗。

这在光曲线上反映为有规律地反复出现的亮度下降。对这些曲线的精确评估提供了有关行星大小和轨道周期的信息。如果来自恒星的光被分成不同的波长或颜色，研究人员还可以获得有关行星大气成分的信息。

近距离观察恒星的亮度分布

恒星的边缘，即恒星盘的边缘，在解释其光曲线时起着决定性的作用。就像太阳的情况一样，在观察者看来，边缘比内部要暗。然而，这颗恒星实际上并没有在更远的地方发出更少的光芒。“由于这颗恒星是一个球体，它的表面是弯曲的，我们观察的是边缘比中心更高、更冷的层，”研究报告的合著者、MPS主任劳伦特·吉松教授解释说。“因此，这个区域在我们看来更暗，”他补充说。

众所周知，边缘变暗会影响光曲线中系外行星信号的确切形状:变暗决定了恒星在行星凌日期间亮度下降然后再次上升的幅度。然而，使用传统的恒星大气模型精确地再现观测数据是不可能的。亮度的下降总是没有模型计算所显示的那么突然。

“很明显，我们错过了精确理解系外行星信号的关键部分，”MPS主任教授萨米·索兰基博士说，他是当前研究的合著者。

磁场是拼图中缺失的一块

今天公布的计算结果显示，这个谜题缺失的部分是恒星磁场。像太阳一样，许多恒星通过巨大的热等离子体流在内部深处产生磁场。研究人员现在第一次能够将磁场纳入他们的肢体变暗模型中。

他们可以证明，磁场的强度有一个重要的影响:在磁场较弱的恒星中，星肢变暗的现象很明显，而在磁场较强的恒星中，这种现象较弱。

研究人员还能够证明，如果将恒星的磁场包含在计算中，那么观测数据和模型计算之间的差异就会消失。为此，该团队求助于美国宇航局开普勒太空望远镜的精选数据，该望远镜从2009年到2018年捕获了成千上万颗恒星的光线。

在第一步中，科学家们模拟了存在磁场的典型开普勒恒星的大气。在第二步中，他们从这些计算中生成了“人工”观测数据。与实际数据的比较表明，通过加入磁场，开普勒数据被成功地再现了。

该团队还将其考虑范围扩展到詹姆斯·韦伯太空望远镜的数据。该望远镜能够将遥远恒星发出的光分成不同的波长，从而在发现的行星的大气中寻找某些分子的特征信号。

事实证明，在不同的波长下，母星的磁场对恒星边缘变暗的影响是不同的，因此，为了获得更精确的结果，在未来的评估中应该考虑到这一点。

从望远镜到模型

“在过去的几十年里，系外行星研究的前进方式是改进硬件，即设计用于搜索和表征新世界的太空望远镜。詹姆斯·韦伯太空望远镜将这一发展推向了新的极限，”亚历山大·夏皮罗博士说，他是当前研究的合著者，也是MPS一个研究小组的负责人。他补充说:“下一步是改进和完善模型，以解释这些出色的数据。”

为了进一步推进这一发展，研究人员现在希望将他们的分析扩展到与太阳明显不同的恒星上。此外，他们的发现提供了利用系外行星恒星的光曲线来推断恒星磁场强度的可能性，否则通常很难测量。

这项研究发表在《自然天文学》杂志上。

更多信息:Nadiia M. Kostogryz等人，恒星边缘变暗模型与观测之间差异的磁源，《自然天文学》(2024)。DOI: 10.1038 / s41550 - 024 - 02252 - 5

马克斯·普朗克学会提供

引文:系外行星的大小:新的模型计算显示了恒星亮度和磁活动的影响(2024,4月12日)，从https://phys.org/news/2024-04-exoplanets-true-size-impact-star.html检索到2024年4月12日

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