熱木星大氣組分研究

中國(guó)科學(xué)院紫金山天文臺(tái)陳果副研究員與西班牙加納利天體物理研究所等同行合作，在搜尋證認(rèn)熱木星大氣組分的觀測(cè)研究中取得進(jìn)展。系列成果發(fā)表于Astronomy &Astrophysics。熱木星是一類在太陽系里沒有對(duì)應(yīng)體的系外行星，其質(zhì)量跟木星差不多或者更小，半徑通常比木星要大。由于離宿主恒星的距離還不到水星與太陽距離的四分之一，基本處于潮汐鎖定狀態(tài)，這類系外行星的向陽面受到了高強(qiáng)度的恒星輻照，溫度通常超過1000K，有的甚至能達(dá)到小質(zhì)量恒星的溫度。研究團(tuán)隊(duì)以熱木星WASP-52b和熱木星WASP-21b為研究對(duì)象，對(duì)熱木星大氣組分進(jìn)行了細(xì)致全面的刻畫。

兩顆熱木星與木星和地球的尺寸對(duì)比示意圖（圖片來源于中國(guó)科學(xué)院紫金山天文臺(tái)網(wǎng)站）

（a）熱木星WASP-52b的高分辨率透射光譜。（b）鈉線、氫線、鉀線的視向速度變化，斜點(diǎn)線顯示的是行星軌道的視向速度變化，水平虛線標(biāo)記了凌星時(shí)段。（圖片來源于中國(guó)科學(xué)院紫金山天文臺(tái)網(wǎng)站）

混態(tài)黑洞體系信息悖論的初步解決方案

復(fù)旦大學(xué)物理學(xué)系周洋課題組運(yùn)用理論計(jì)算的手段，研究了黑洞蒸發(fā)過程中反射熵的變化，提出了反射熵的量子極值截面公式。相關(guān)成果發(fā)表于Journal of High Energy Physics。論文利用3種不同的黑洞蒸發(fā)模型計(jì)算反射熵，得到一致的結(jié)果。包括簡(jiǎn)單蟲洞模型、世界盡頭膜模型和永恒雙黑洞與共形場(chǎng)論結(jié)合模型。研究組在提出與量子極值面公式類似的量子極值截面公式后，在永恒雙黑洞與共形場(chǎng)論結(jié)合的模型中計(jì)算了黑洞—黑洞、黑洞—輻射和輻射—輻射等之間的反射熵。發(fā)現(xiàn)黑洞—輻射反射熵滿足佩奇曲線。此外，還得到黑洞—黑洞反射熵隨時(shí)間逐漸減少至零、輻射—輻射反射熵逐漸增加至有限值等結(jié)果。

獵戶座星云中發(fā)現(xiàn)致密氣體爆炸加熱證據(jù)

中國(guó)科學(xué)院新疆天文臺(tái)恒星形成與演化團(tuán)組科研人員與國(guó)外合作者利用阿塔卡瑪毫米/亞毫米波望遠(yuǎn)鏡（ALMA）發(fā)現(xiàn)獵戶座克萊因曼-洛星云中550年前的爆炸是其周圍致密氣體的主要加熱源。相關(guān)成果發(fā)表于The Astrophysical Journal。獵戶座克萊因曼-洛星云（Orion Kleinmann-Low nebula; Orion KL）是距離我們最近的大質(zhì)量恒星形成區(qū)。大約550年前，這個(gè)星云中發(fā)生了一次大爆炸。研究者使用硫甲醛分子在毫米波段的不同躍遷的流量強(qiáng)度比，測(cè)定了整個(gè)致密氣體區(qū)域的溫度結(jié)構(gòu)。發(fā)現(xiàn)致密分子氣體的溫度沿著爆炸中心存在明顯的梯度，即距離爆炸中心越遠(yuǎn)溫度越低。這充分地表明這些致密氣體的加熱由爆炸主導(dǎo)。

利用銀河系失蹤重子測(cè)量其總質(zhì)量的新方法

中國(guó)科學(xué)院上海天文臺(tái)由郭福來研究員領(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)隊(duì)近期提出了一種測(cè)量銀河系總質(zhì)量的新方法，利用銀河系周圍星系周介質(zhì)中的熱氣體溫度測(cè)量的銀河系總質(zhì)量在太陽質(zhì)量的一萬億倍以上。相關(guān)成果發(fā)表于The Astrophysical Journal Letters。銀河系熱氣體暈趨于穩(wěn)定狀態(tài)后的溫度分布受銀河系總質(zhì)量的影響最敏感，而熱氣體暈總質(zhì)量及其所含重元素豐度對(duì)此幾乎沒有影響。銀河系質(zhì)量越高，熱氣體暈的溫度就越高。使用了該方法，就意味著熱氣體溫度取代了無碰撞天體的速度，成為新方法中測(cè)量銀河系質(zhì)量的關(guān)鍵物理量。利用X射線太空望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)到的銀河系熱氣體暈溫度，該新方法測(cè)量到的銀河系總質(zhì)量為太陽質(zhì)量的1.2萬億～3.0萬億倍。

134億光年外最遙遠(yuǎn)的天體

北京大學(xué)科維理天文與天體物理研究所江林華領(lǐng)銜的國(guó)際團(tuán)隊(duì)探測(cè)到一個(gè)134億光年外星系的光譜，證實(shí)了該星系為人類發(fā)現(xiàn)的最遙遠(yuǎn)天體，研究者還捕捉到來自該星系持續(xù)數(shù)分鐘的爆發(fā)信號(hào)，疑似與星系中一個(gè)伽馬射線暴有關(guān)。相關(guān)成果發(fā)表于Nature Astronomy。由于這些遙遠(yuǎn)天體發(fā)出的光抵達(dá)地球時(shí)信號(hào)極其微弱，探測(cè)它們更細(xì)致的光譜非常困難。該研究為研究宇宙極早期天體打開了一扇窗口，表明現(xiàn)有大型天文設(shè)備有能力探測(cè)到部分早期星系的光譜。國(guó)際下一代甚大紅外天文觀測(cè)設(shè)備有望深入理解更多如GN-z11這樣的星系及其前身，包括第一代星系，而下一代伽馬射線巡天項(xiàng)目將有望直接探測(cè)到來自宇宙早期的伽馬射線暴。

藝術(shù)想象圖——北大學(xué)者領(lǐng)銜團(tuán)隊(duì)證實(shí)134億光年之外存在的最遙遠(yuǎn)星系及其中疑似伽馬射線暴。（圖片制作：北京天文館喻京川）（圖片來源于北京大學(xué)新聞網(wǎng)）

利用阿爾法磁譜儀數(shù)據(jù)搜尋暗物質(zhì)

中國(guó)科學(xué)院國(guó)家天文臺(tái)金洪波和中國(guó)科學(xué)院理論物理研究所研究人員吳岳良、周宇峰聯(lián)合發(fā)現(xiàn)，不存在反質(zhì)子在GeV能量區(qū)域的超出。相關(guān)成果發(fā)表于The Astrophysical Journal。暗物質(zhì)的存在是諸如星系、宇宙大尺度結(jié)構(gòu)、宇宙早期演化等天文觀測(cè)的必然要求，但暗物質(zhì)是什么、質(zhì)量是多少、和普通的物質(zhì)的關(guān)系等一直是相關(guān)研究的前沿問題，其中通過宇宙線來搜尋暗物質(zhì)是探測(cè)暗物質(zhì)的一種主要方法。阿爾法磁譜儀-02（AMS-02）實(shí)驗(yàn)是由諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)獲得者丁肇中領(lǐng)導(dǎo)的尋找宇宙中反物質(zhì)的實(shí)驗(yàn)。他們通過對(duì)AMS-02實(shí)驗(yàn)的有關(guān)反質(zhì)子等的能譜分析，研究了暗物質(zhì)可能的質(zhì)量分布。

小尺度磁活動(dòng)加熱太陽色球的證據(jù)：寧靜色球比光球轉(zhuǎn)得快

中國(guó)科學(xué)院云南天文臺(tái)撫仙湖太陽觀測(cè)基地李可軍研究員等人發(fā)現(xiàn)太陽寧靜色球反而要比低層的光球轉(zhuǎn)得快，這也是太陽寧靜色球被小尺度磁活動(dòng)加熱的證據(jù)。相關(guān)成果發(fā)表于The Astrophysical Journal Letters。（較差）自轉(zhuǎn)是太陽和其他恒星的一個(gè)重要特征。通過研究寧靜色球的自轉(zhuǎn)特性推測(cè)，扎根在太陽表面下的差旋薄層內(nèi)的、磁通量在（2.9～32.0）×1018Mx范圍內(nèi)的小尺度磁元加熱寧靜色球，使其呈現(xiàn)反常的溫度升高，并引起它以與該磁元相同的速率旋轉(zhuǎn)；且與差旋薄層一樣，它們與太陽活動(dòng)周反相位。在光球?qū)?，?qiáng)磁場(chǎng)抑制了自轉(zhuǎn)的較差；與此形成鮮明對(duì)比的是，他們發(fā)現(xiàn)在色球?qū)又?，?qiáng)磁場(chǎng)在光球?qū)訒?huì)抑制較差，但在色球?qū)訒?huì)增強(qiáng)較差。

一種在微尺度電磁環(huán)境中電子的加速過程

中國(guó)科學(xué)院國(guó)家空間科學(xué)中心空間天氣學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室科研人員聯(lián)合山東大學(xué)等國(guó)內(nèi)外合作者，利用MMS衛(wèi)星觀測(cè)數(shù)據(jù)，分析了一個(gè)嵌入在磁鞘湍流背景中的小尺度磁洞結(jié)構(gòu)。相關(guān)成果發(fā)表于The Astrophysical Journal Letters。研究發(fā)現(xiàn)這個(gè)磁洞結(jié)構(gòu)在收縮，同時(shí)其中心磁場(chǎng)在不斷下降；在磁洞塌縮過程中，束縛在結(jié)構(gòu)中的高能電子被加速而低能電子被減速。針對(duì)此現(xiàn)象，論文提出了磁洞的三維磁瓶結(jié)構(gòu)，揭示了小尺度磁洞結(jié)構(gòu)的演化方式，提出一種新的電子非絕熱加速過程和非絕熱塌縮加速過程。在此過程中，不同能量的電子由于回旋半徑的不同導(dǎo)致其加速效果存在能量依賴性，由此解釋磁洞內(nèi)電子投擲角能量依賴性分布的形成原因。