云南天文臺在熱木星大氣中氦含量偏低成因研究中獲進展

　　系外行星科學是近年來國際天文學的熱點研究領域。系外行星的形成、演化以及大氣等存在著較多未解之謎。在一些近軌道的系外行星上，恒星劇烈的X射線和極紫外輻射加熱可能引起大氣產生流體動力學逃逸。在較多情形下，這種物質損失可能對行星演化歷程產生決定性影響。

　　對系外行星透射光譜的觀測是探索系外行星大氣的重要手段。由于在近紅外波段，氦元素在10830?處的譜線可以利用地面望遠鏡觀測，使得這一波段的透射光譜觀測為系外行星大氣研究提供了新窗口。在前人模擬系外行星He10830透射譜線時，往往需要一個很低的氦豐度，而一直缺乏對這一現象的物理解釋。為了解釋逃逸大氣中的氦低豐的現象，中國科學院云南天文臺恒星物理研究團組博士生邢磊、博士閆冬冬和導師郭建恒研究員提出，大氣中氫和氦的解耦導致氦元素的逃逸困難，這是導致行星大氣中氦豐度的下降的重要原因。

　　基于國際知名磁流體動力學數值模擬程序PLUTO，該團隊自主開發了多流流體動力學程序PLUTO-XMF。該程序通過模擬不同組分相互之間的耦合過程，可追蹤大氣中各個組分的逃逸情況。通過對系外行星HD209458b逃逸大氣中不同元素的數值模擬，一個低氦的逃逸大氣可以自發產生（左圖）。這個低氦的大氣很好的擬合了該系外行星的觀測信號（右圖）。這說明在系外行星的逃逸大氣中，各組分的解耦過程是造成氦元素低豐的重要物理機制。同時，其他重元素也可能有類似的退耦現象發生。這為以后有關系外行星大氣中不同元素逃逸的研究提供了有價值的方法和參考。

　　相關研究成果發表在《天體物理雜志》（The Astrophysical Journal）上。研究工作得到中國科學院戰略性先導科技專項、國家重點研發計劃和國家自然科學基金等的支持。

左圖表示隨著恒星輻射的增強帶來的氫流量增加，大氣中He/H（數密度比）也在逐漸增加，氫氦的耦合逐漸增強，灰色虛線為太陽值，紅色為數值模擬結果，藍色紫色為理論預測值；右圖表示流量在1.8倍基準流量時，輻射轉移模型結果和觀測最為符合，此時大氣中He/H為0.039小于太陽值的0.084。