读彩虹之间的秘密：通过分子无关性光谱聚类进行类星体行星特征化

岩石类星体行星因其体积较小且亮度远低于主机恒星，在观测中极为微弱且困难。尽管如此，詹姆斯·韦伯太空望远镜（JWST）为我们提供了新的研究方法和机会。准确地对类星体行星大气进行特征化，不仅可以洞察宇宙中岩石世界的行星人口统计，还能帮助我们更好地了解地球与其它行星的异同。以前的工作通过模拟具有不同大气组成的行星观测光谱，已限定了特定分子可被观察到的条件。我们寻求一种不同于依赖特定分子特征的方法，仅通过关联“无关”光谱特征来实现特征化。本研究使用 42 份合成的穿越光谱，其波段范围匹配 JWST MIRI 仪器的范围。对光谱进行去噪、归一化处理，并划分为若干波段，计算每个波段的包围面积。采用 HDBSCAN 聚类算法，在这些波段中发现了跨越的分离模式和簇集，这些模式与各类先验行星特征（如相对气体浓度）相关联。通过利用 7 到 12 微米之间 0.7 微米波段，我们能够分离出还原性与氧化性大气，并将 CO₂ 和 O₂ 混合比准确限制在未知样本中相差两个数量级。通过这一方法，我们证明了可以仅通过对类星体行星穿越光谱进行“无关” interrogation 即可对其大气类型进行区分与分析，我们称之为“分子无关光谱聚类”。