温暖海王星的甲烷揭示核心质量和剧烈的大气混合
地球与行星天体物理
2024-05-21 v1
摘要
对凌星气体巨行星的观测揭示了甲烷的普遍缺失，这最近才在大气中被识别出来。这种缺失被认为是由非平衡过程维持的，例如光化学或来自更热内部的混合。然而，内部在很大程度上未受约束，垂直混合强度也未知，并且只有CH4缺失的上限可用。温暖海王星WASP-107 b在系外行星中脱颖而出，具有异常低的密度、报告的低核心质量以及适合CH4的温度，尽管之前的观测尚未发现该分子。在这里，我们展示了WASP-107 b的JWST NIRSpec透射光谱，显示了SO2和CH4以及H2O、CO2和CO的特征。我们以4.2σ显著性探测到甲烷，丰度为1.0±0.5 ppm，比平衡预期低3个数量级。我们的结果对大气和内部具有高度约束性，表明包层具有43±8倍太阳的超太阳金属丰度，热内部固有温度T_int=460±40 K，以及剧烈的垂直混合，扩散系数Kzz=10^{11.6±0.1} cm^2/s，这消耗了CH4。光化学对CH4丰度的影响可忽略，但需要解释SO2。我们推断核心质量为11.5^{+3.0}_{-3.6} M_⊕，远高于之前的上限，缓解了与核吸积模型的张力。
引用
@article{arxiv.2405.11027,
title = {A warm Neptune's methane reveals core mass and vigorous atmospheric mixing},
author = {David K. Sing and Zafar Rustamkulov and Daniel P. Thorngren and Joanna K. Barstow and Pascal Tremblin and Catarina Alves de Oliveira and Tracy L. Beck and Stephan M. Birkmann and Ryan C. Challener and Nicolas Crouzet and Néstor Espinoza and Pierre Ferruit and Giovanna Giardino and Amélie Gressier and Elspeth K. H. Lee and Nikole K. Lewis and Roberto Maiolino and Elena Manjavacas and Bernard J. Rauscher and Marco Sirianni and Jeff A. Valenti},
journal= {arXiv preprint arXiv:2405.11027},
year = {2024}
}
备注
Published in Nature at this URL, https://www.nature.com/articles/s41586-024-07395-z . This is the authors version of the manuscript, 20 pages including Methods. Data from Figs. 1, 2, and 3 are available at this URL, https://doi.org/10.5281/zenodo.10891400