冷型 COCONUTS-2b 上的氧气和氮同位素分子

将气体巨行星的化学组成与其形成路径联系一直是系外行星科学的长期目标。尤其是温度低于 $\sim$500K 的冷型气体巨行星, 长期以来都难以进行详细的大气表征。然而借助 JWST, 我们可以获得此类冷世界的高信噪比 (S/N) 光谱, 不仅可以测量其主要微量气体丰度, 甚至可以测量其同位素组成, 从而开辟了将其与形成路径联系的新可能性。本研究报告了获得自 COCONUTS-2b ($\mathrm{T_{eff}}\approx$480K, 与其 M 型恒星相距约 $\sim$6400 au) 的光谱, 使用 Mid-InfraRed 仪器中分辨率光谱仪 (MIRI/MRS) 获取。结合 MIRI 与 archival Gemini/FLAMINGOS-2 数据集, 旨在表征其寒冷大气的化学组成与物理结构, 为阐明 COCONUTS-2b 的形成机制奠定基础。首次对 MIRI/MRS 数据集使用完整光谱分辨率, 并进行大气反演, 以解锁对微弱吸收特征的搜索。后者通过 leave-one-out 分析和贝叶斯因子比较进行鉴别。我们稳健地检测到三种同位素分子, 即 $^{15}$NH$_3$, H$_2^{18}$O 和 H$_2^{17}$O, 存在于 COCONUTS-2b 大气中。我们发现首次在冷型伴星中观测到水中的氧同位素证据。该数据集表明, MIRI/MRS 具备对此类冷型 planetary-mass 伴星大气进行组成和同位素内容表征的能力。在未来, 受约束的元素与同位素比率为与宿主星的丰度比较、最终追踪形成情景提供了独特途径。