700光年外的異星大氣首度偵測到「半重水」

韋伯太空望遠鏡（JWST）正以前所未有的紅外線敏感度揭開宇宙面紗，除了探究早期宇宙，更開啟了系外行星大氣研究的新時代，而在所有觀測目標中，最吸引人的莫過於生命不可或缺的關鍵要素——水。

藝術家繪製的WASP-39b 系外行星的想像圖

最近，天文學家利用韋伯望遠鏡的數據，對距離地球約700光年的系外行星WASP-39b進行大氣模型分析，並首度在其大氣中偵測到了「半重水（semi-heavy water，即HDO）」的存在。這項研究重點在於尋找水的同位素異構物，「半重水」與一般水分子H₂O的差別，在於其兩個氫原子中，其中之一被帶有一個中子的「氘（Deuterium）」同位素所取代。研究人員希望透過精確測量大氣中水分子的「氘與氫（D/H）比例」，來推算這顆行星的誕生與演化歷程。

水分子的同位素異構物之一，半重水，其中一個氫原子變成了氫的同位素，氘。

WASP-39b是人類研究最透徹的標竿系外行星之一，先前韋伯望遠鏡已提供其極其詳細的傳輸光譜。研究團隊將大氣物理模型與觀測數據比對後發現，WASP-39b 的 D/H 比例顯著高於太陽系中的氣體巨行星。對此科學家提出兩種可能：第一是「大氣逃逸」，由於半重水分子量較重，在母恆星強烈輻射與低引力環境下，較輕的普通水大量揮發流失，進而拉高了整體 D/H 比例；第二則是它可能最初誕生於原行星盤更寒冷的外圍「雪線」之外，吸收了大量富含氘的冰雪物質，隨後才向內遷移靠近母恆星。

雖然WASP-39b是一顆表面溫度逼近1,000°C的酷熱氣體巨行星，絕非生命宜居的天堂；但這項突破的關鍵在於「方法論的驗證」，半重水具有非常獨特的吸收光譜，是目前天文學家最容易掌握的同位素追蹤工具。研究團隊表示，在不久的將來，我們甚至有機會在溫和的岩石系外行星上偵測到半重水，將其作為評估外星世界是否具備宜居環境的重要指標，這項發表於預印本網站 arXiv 的研究，再次展現了韋伯望遠鏡解開系外世界大氣密碼的強大實力。

本文轉載自臺北市立天文科學教育館網站。