HDO是一种特殊的水分子。在普通的H₂O中,两个氢原子都是最常见的氢(只有一个质子),而HDO则是其中一个氢原子被氘取代了。氘是氢的一种同位素,原子核中多了一个中子,因此比普通氢略重。这次探测到的信号在统计上非常可靠,置信度高达4.81西格玛(sigma)。
该信号让研究人员得以计算WASP-39b大气中水的氘氢比(D/H)。他们得出的结果是4.0 +1.3 −1.1 × 10⁻³。
这个数值意味着什么?与我们太阳系中的气态巨行星(木星、土星、天王星、海王星)相比,WASP-39b的氘含量要高出很多。它与在一些原恒星环境和太阳系内天体(例如某些陨石或彗星)中观测到的D/H比值接近。
研究报告提出了两种可能的场景来解释WASP-39b大气中异常高的氘含量:
1. 继承自寒冷形成区域(雪线以外)
WASP-39b可能是在距离其主恒星非常遥远的地方形成的,位于原行星盘的“雪线”之外。在这些寒冷区域,富含氘的水冰会优先凝结成固态,并被吸积成为行星的“建筑材料”。随后,这颗行星向内迁移到目前这个紧挨着恒星的轨道,从而保留了这种原始的、富含氘的信号。
2. 大气的长期同位素处理
另一种可能是,这种富集是行星在其漫长历史中发生的大气过程所致。高层大气中的光化学反应,加上大气的垂直混合,以及较轻的普通氢优先逃逸到太空中,共同导致大气中较重的氘同位素比例逐渐升高,最终形成了JWST今天观测到的结果。
需要强调的是,WASP-39b是一颗温度极高的气态行星,按照任何已知的定义,它都不适合生命存在。然而,这次探测对于系外行星科学的未来至关重要。
探测HDO并测量D/H比值的方法并不仅限于研究气态巨行星。实际上,D/H比值是追踪行星水历史的一个强大“指纹”。在地球上,海洋中水的D/H比值就为我们提供了关键证据,帮助判断地球上的水究竟来源于小行星还是彗星。
未来,当这项技术被应用到一颗温度适宜、大小与地球相当的岩石行星上时,天文学家将能够解答根本性的问题:
这些问题对于判断一个岩石世界能否在表面维持液态水,并最终支持生命至关重要。对WASP-39b上HDO的探测有力地证明了JWST拥有追踪这种关键同位素信号的灵敏度,这标志着我们在判断太阳系外世界是否宜居的道路上,迈出了至关重要的一步。