天文宇宙

熱木星大氣組分研究

中國科學院紫金山天文臺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，在搜尋證認熱木星大氣組分的觀測研究中取得進展。系列成果發表于Astronomy &Astrophysics。熱木星是一類在太陽系里沒有對應體的系外行星，其質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，這類系外行星的向陽面受到了高強度的恒星輻照，溫度通常超過1000K，有的甚至能達到小質量恒星的溫度。研究團隊以熱木星WASP-52b和熱木星WASP-21b為研究對象，對熱木星大氣組分進行了細致全面的刻畫。

兩顆熱木星與木星和地球的尺寸對比示意圖（圖片來源于中國科學院紫金山天文臺網站）

（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，斜點線顯示的是行星軌道的視向速度變化，水平虛線標記了凌星時段。（圖片來源于中國科學院紫金山天文臺網站）

混態黑洞體系信息悖論的初步解決方案

復旦大學物理學系周洋課題組運用理論計算的手段，研究了黑洞蒸發過程中反射熵的變化，提出了反射熵的量子極值截面公式。相關成果發表于Journal of High Energy Physics。論文利用3種不同的黑洞蒸發模型計算反射熵，得到一致的結果。包括簡單蟲洞模型、世界盡頭膜模型和永恒雙黑洞與共形場論結合模型。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論結合的模型中計算了黑洞—黑洞、黑洞—輻射和輻射—輻射等之間的反射熵。發現黑洞—輻射反射熵滿足佩奇曲線。此外，還得到黑洞—黑洞反射熵隨時間逐漸減少至零、輻射—輻射反射熵逐漸增加至有限值等結果。

獵戶座星云中發現致密氣體爆炸加熱證據

中國科學院新疆天文臺恒星形成與演化團組科研人員與國外合作者利用阿塔卡瑪毫米/亞毫米波望遠鏡（ALMA）發現獵戶座克萊因曼-洛星云中550年前的爆炸是其周圍致密氣體的主要加熱源。相關成果發表于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量恒星形成區。大約550年前，這個星云中發生了一次大爆炸。研究者使用硫甲醛分子在毫米波段的不同躍遷的流量強度比，測定了整個致密氣體區域的溫度結構。發現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溫度越低。這充分地表明這些致密氣體的加熱由爆炸主導。

利用銀河系失蹤重子測量其總質量的新方法

中國科學院上海天文臺由郭福來研究員領導的研究團隊近期提出了一種測量銀河系總質量的新方法，利用銀河系周圍星系周介質中的熱氣體溫度測量的銀河系總質量在太陽質量的一萬億倍以上。相關成果發表于The Astrophysical Journal Letters。銀河系熱氣體暈趨于穩定狀態后的溫度分布受銀河系總質量的影響最敏感，而熱氣體暈總質量及其所含重元素豐度對此幾乎沒有影響。銀河系質量越高，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，成為新方法中測量銀河系質量的關鍵物理量。利用X射線太空望遠鏡觀測到的銀河系熱氣體暈溫度，該新方法測量到的銀河系總質量為太陽質量的1.2萬億～3.0萬億倍。

134億光年外最遙遠的天體

北京大學科維理天文與天體物理研究所江林華領銜的國際團隊探測到一個134億光年外星系的光譜，證實了該星系為人類發現的最遙遠天體，研究者還捕捉到來自該星系持續數分鐘的爆發信號，疑似與星系中一個伽馬射線暴有關。相關成果發表于Nature Astronomy。由于這些遙遠天體發出的光抵達地球時信號極其微弱，探測它們更細致的光譜非常困難。該研究為研究宇宙極早期天體打開了一扇窗口，表明現有大型天文設備有能力探測到部分早期星系的光譜。國際下一代甚大紅外天文觀測設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目將有望直接探測到來自宇宙早期的伽馬射線暴。

藝術想象圖——北大學者領銜團隊證實134億光年之外存在的最遙遠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新聞網）

利用阿爾法磁譜儀數據搜尋暗物質

中國科學院國家天文臺金洪波和中國科學院理論物理研究所研究人員吳岳良、周宇峰聯合發現，不存在反質子在GeV能量區域的超出。相關成果發表于The Astrophysical Journal。暗物質的存在是諸如星系、宇宙大尺度結構、宇宙早期演化等天文觀測的必然要求，但暗物質是什么、質量是多少、和普通的物質的關系等一直是相關研究的前沿問題，其中通過宇宙線來搜尋暗物質是探測暗物質的一種主要方法。阿爾法磁譜儀-02（AMS-02）實驗是由諾貝爾物理學獎獲得者丁肇中領導的尋找宇宙中反物質的實驗。他們通過對AMS-02實驗的有關反質子等的能譜分析，研究了暗物質可能的質量分布。

小尺度磁活動加熱太陽色球的證據：寧靜色球比光球轉得快

中國科學院云南天文臺撫仙湖太陽觀測基地李可軍研究員等人發現太陽寧靜色球反而要比低層的光球轉得快，這也是太陽寧靜色球被小尺度磁活動加熱的證據。相關成果發表于The Astrophysical Journal Letters。（較差）自轉是太陽和其他恒星的一個重要特征。通過研究寧靜色球的自轉特性推測，扎根在太陽表面下的差旋薄層內的、磁通量在（2.9～32.0）×1018Mx范圍內的小尺度磁元加熱寧靜色球，使其呈現反常的溫度升高，并引起它以與該磁元相同的速率旋轉；且與差旋薄層一樣，它們與太陽活動周反相位。在光球層，強磁場抑制了自轉的較差；與此形成鮮明對比的是，他們發現在色球層中，強磁場在光球層會抑制較差，但在色球層會增強較差。

一種在微尺度電磁環境中電子的加速過程

中國科學院國家空間科學中心空間天氣學國家重點實驗室科研人員聯合山東大學等國內外合作者，利用MMS衛星觀測數據，分析了一個嵌入在磁鞘湍流背景中的小尺度磁洞結構。相關成果發表于The Astrophysical Journal Letters。研究發現這個磁洞結構在收縮，同時其中心磁場在不斷下降；在磁洞塌縮過程中，束縛在結構中的高能電子被加速而低能電子被減速。針對此現象，論文提出了磁洞的三維磁瓶結構，揭示了小尺度磁洞結構的演化方式，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致其加速效果存在能量依賴性，由此解釋磁洞內電子投擲角能量依賴性分布的形成原因。