AF Lep b是一颗可直接成像的年轻巨行星,动力学质量约3.75±0.50个木星质量,轨道半长轴约9天文单位,年龄约2400万年。它在质量和轨道尺度上比许多远离母星的直接成像行星更接近木星,因此适合用来比较太阳系巨行星与年轻系外巨行星的形成历史。
研究团队使用韦布NIRSpec积分视场单元获得2.85至5.3微米、光谱分辨率约3000的高对比度光谱,并用NIRCam在4.0至4.7微米测量连续谱。数据还结合VLTI/GRAVITY与VLT/SPHERE在1.0至2.5微米的既有和新光谱,使模型同时受到宽波段能量分布与多条分子吸收线约束。
NIRSpec光谱检出了二氧化碳、硫化氢、甲烷、一氧化碳及其碳-13同位素形式,以及水。团队在大气反演中纳入云层和非平衡化学,并让碳、氧、硫丰度独立变化。结果给出C/H为2.9±0.5倍、O/H为3.7±0.6倍、S/H为4.7±0.7倍太阳值和母恒星值。
硫在原行星盘中主要与固体物质相联系,因此较高的S/H为行星形成期间吸积卵石或微行星提供了化学线索。模型估计AF Lep b含有56±7个地球质量的固体重元素。这个数字来自大气丰度与形成模型的联合推断,并不是把行星内部重元素直接称量出来。
行星略低于太阳值的碳氧比和碳硫比,与它在接近当前轨道位置形成相容,也不支持在一氧化碳雪线之外形成后再大幅迁入的情形。这里的“不支持”是不同形成位置在当前模型下的相对比较,不能排除所有更复杂的盘演化、气体流动或迁移历史。
AF Lep b的碳、氧和硫富集程度与木星及HR 8799多行星系统中的若干超木星相近。论文进一步指出,这些直接成像巨行星的大气金属富集与质量超过约一个木星质量的凌日气态巨行星整体富集程度相似,提示巨行星获得重元素的效率未必强烈依赖轨道距离或质量。
论文已经获《天文学杂志》接收,但具体丰度、固体质量与形成位置仍依赖云、非平衡化学、温度结构及盘化学假设。研究的坚实进展是获得多分子、高分辨率光谱并独立约束硫;关于完整形成路径的解释仍应保留模型限制。
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