天文学家利用高分辨率光谱观测证实了热木星WASP-31b的大气中存在氢化铬。这种分子的含量仅在 1200-2000 开尔文之间，有可能成为系外行星的”温度计”。在高温木星 WASP-31b 的大气层中检测到了温度范围在 1200-2000 开尔文之间的氢化铬。这一发现为将这种分子用作系外行星的”温度计”铺平了道路。
天文学家劳拉-弗拉格（Laura Flagg）说，氢化铬（CrH）是一种相对稀有且对温度特别敏感的分子，它可以用作”恒星的温度计”。这是因为它只在 1200-2000 开氏度的狭窄范围内含量丰富。
康奈尔大学艺术与科学学院（A&S）天文学副研究员弗拉格曾利用这种金属氢化物和其他金属氢化物来测定冷恒星和褐矮星的温度。她说，从理论上讲，如果系外行星大气中存在这些特殊的分子，那么氢化铬也能对温度与褐矮星相当的热木星系外行星起到同样的作用。以前的低分辨率研究暗示它们确实存在。
现在，弗拉格和康奈尔大学领导的科学家团队利用高分辨率光谱观测，证实了在热木星WASP-31b的系外行星大气中存在氢化铬，为利用这种对温度敏感的分子物种作为”温度计”来确定系外行星的温度和其他特征打开了大门。
弗拉格是”ExoGemS Detection of a Metal Hydride in an Exoplanet Atmosphere at High Spectral Resolution”一文的主要作者，该文于8月16日发表在《天体物理学杂志通讯》上。共同作者包括 Ray Jayawardhana，Hans A. Bethe 教授兼天文学（A&S）教授；Jake D. Turner，康奈尔天体物理学与行星科学中心哈勃研究员；Ryan J. MacDonald，曾任卡尔-萨根研究所副研究员，现任密歇根大学 NASA 萨根研究员；以及 Adam Langeveld，天文学（A&S）博士后研究员。
研究人员写道，氢化铬以前在任何系外行星中都没有被证实检测到过，这标志着首次从高分辨率系外行星光谱中检测到金属氢化物。
这一发现的意义
弗拉格说，在WASP-31b中明确探测到金属氢化物是了解热巨行星大气层的一个重要进展，尽管这一发现并没有提供有关这颗行星的新信息。WASP-31b发现于2011年，每3.4天绕F5恒星运行一次。它的密度极低，即使对于一颗巨行星来说也是如此，新的研究证实它的平衡温度为1400开尔文–在氢化铬的范围内。
“氢化铬分子对温度非常敏感，”弗拉格说。”在较高温度下，你看到的只是铬。而在较低的温度下，它会变成其他东西。因此，只有在一个特定的温度范围内，大约 1200 到 2200 开尔文，才能看到大量的氢化铬。在太阳系中，只有在太阳黑子中发现了这种分子：太阳太热（表面温度约为 6000 K），而所有其他天体都太冷。”
使用的方法和仪器
在她的研究中，弗拉格使用高分辨率光谱来探测和分析系外行星大气，比较行星位于恒星一侧时和行星位于恒星前方时系统发出的整体光线，前者会阻挡恒星的部分光线。某些元素在某些波长上阻挡更多的光，而在其他波长上阻挡较少的光，从而揭示出行星中含有哪些元素。
“高光谱分辨率意味着我们拥有非常精确的波长信息，”弗拉格说。”我们可以获得数千条不同的光谱线。我们使用各种统计方法将它们结合起来，使用一个模板–光谱看起来像什么的近似概念–然后将它与数据进行比较和匹配。如果匹配得很好，就说明有信号。我们尝试了所有不同的模板，在这种情况下，氢化铬模板产生了信号”。
铬很稀有，即使在合适的温度下也是如此，因此研究人员需要灵敏的仪器和望远镜。为了分析WASP-31b，研究人员使用了2022年3月从夏威夷的毛纳凯亚（Maunakea）进行的一次新观测所获得的高分辨率光谱，该观测是”系外行星与双子座光谱测量”的一部分，使用的是双子座远程访问CFHT ESPaDOnS光谱仪（GRACES）。他们用2017年拍摄的档案数据对GRACES数据进行了补充，该数据并非用于寻找金属氢化物。
展望未来
“我们这篇论文的部分数据是处于数据集边缘的旧数据。你根本找不到它，”弗拉格说。她现在正在寻找其他系外行星中的氢化铬和其他金属氢化物–证据可能已经存在。
“我希望这篇论文能鼓励其他研究人员在他们的数据中寻找氢化铬和其他金属氢化物，”弗拉格说。”我们认为它应该存在。希望我们能获得更多适合寻找氢化铬的数据，并最终建立一个样本量来寻找趋势。”
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