云南天文台在热木星大气中氦含量偏低成因研究中获进展

　　系外行星科学是近年来国际天文学的热点研究领域。系外行星的形成、演化以及大气等存在着较多未解之谜。在一些近轨道的系外行星上，恒星剧烈的X射线和极紫外辐射加热可能引起大气产生流体动力学逃逸。在较多情形下，这种物质损失可能对行星演化历程产生决定性影响。

　　对系外行星透射光谱的观测是探索系外行星大气的重要手段。由于在近红外波段，氦元素在10830Å处的谱线可以利用地面望远镜观测，使得这一波段的透射光谱观测为系外行星大气研究提供了新窗口。在前人模拟系外行星He10830透射谱线时，往往需要一个很低的氦丰度，而一直缺乏对这一现象的物理解释。为了解释逃逸大气中的氦低丰的现象，中国科学院云南天文台恒星物理研究团组博士生邢磊、博士闫冬冬和导师郭建恒研究员提出，大气中氢和氦的解耦导致氦元素的逃逸困难，这是导致行星大气中氦丰度的下降的重要原因。

　　基于国际知名磁流体动力学数值模拟程序PLUTO，该团队自主开发了多流流体动力学程序PLUTO-XMF。该程序通过模拟不同组分相互之间的耦合过程，可追踪大气中各个组分的逃逸情况。通过对系外行星HD209458b逃逸大气中不同元素的数值模拟，一个低氦的逃逸大气可以自发产生（左图）。这个低氦的大气很好的拟合了该系外行星的观测信号（右图）。这说明在系外行星的逃逸大气中，各组分的解耦过程是造成氦元素低丰的重要物理机制。同时，其他重元素也可能有类似的退耦现象发生。这为以后有关系外行星大气中不同元素逃逸的研究提供了有价值的方法和参考。

　　相关研究成果发表在《天体物理杂志》（The Astrophysical Journal）上。研究工作得到中国科学院战略性先导科技专项、国家重点研发计划和国家自然科学基金等的支持。

左图表示随着恒星辐射的增强带来的氢流量增加，大气中He/H（数密度比）也在逐渐增加，氢氦的耦合逐渐增强，灰色虚线为太阳值，红色为数值模拟结果，蓝色紫色为理论预测值；右图表示流量在1.8倍基准流量时，辐射转移模型结果和观测最为符合，此时大气中He/H为0.039小于太阳值的0.084。