隱藏在塵埃中的未知行星寶庫(kù)

一個(gè)國(guó)際天文學(xué)家團(tuán)隊(duì)的新研究表明，“超級(jí)地球”和海王星大小的行星可能會(huì)形成比科學(xué)家想象的更多的年輕恒星。

研究人員在金牛座的恒星形成區(qū)觀察了一些年輕恒星的樣本，發(fā)現(xiàn)其中許多被結(jié)構(gòu)包圍，這可以最好地解釋為制造過程中看不見的年輕行星產(chǎn)生的痕跡。這項(xiàng)發(fā)表在《天體物理學(xué)》雜志上的研究幫助科學(xué)家們更好地理解我們自己的太陽(yáng)系是如何形成的。

大約46億年前，我們的太陽(yáng)系是一個(gè)由氣體和塵埃圍繞著我們新生的太陽(yáng)旋轉(zhuǎn)的漩渦。在早期，這個(gè)所謂的原行星盤沒有可辨別的特征，但很快，它的一部分開始聚集成一團(tuán)物質(zhì)——未來(lái)的行星。當(dāng)它們圍繞太陽(yáng)運(yùn)行以獲取新材料時(shí)，它們長(zhǎng)大并開始在它們形成的圓盤上犁出縫隙和環(huán)形圖案。隨著時(shí)間的推移，塵埃盤讓位于我們今天所知的相對(duì)有序的布局，包括行星、衛(wèi)星、小行星和偶爾出現(xiàn)的彗星。

根據(jù)這種情況，科學(xué)家們觀察我們的太陽(yáng)系如何觀察圍繞其他恒星的原行星盤，這些恒星足夠年輕，正在孕育行星。該團(tuán)隊(duì)在智利的阿塔卡馬沙漠使用帶有45個(gè)無(wú)線電天線的阿塔卡馬毫米陣列或ALMA，調(diào)查了金牛座恒星形成區(qū)的年輕恒星，金牛座是一個(gè)位于450光年之外的巨大氣體和塵埃云。地球。當(dāng)研究人員對(duì)32顆被原行星盤包圍的恒星進(jìn)行成像時(shí)，他們發(fā)現(xiàn)有12顆恒星(40%)有環(huán)和間隙，根據(jù)團(tuán)隊(duì)的測(cè)量和計(jì)算結(jié)構(gòu)，這可以用新生行星的存在得到最好的解釋。

“這很吸引人，因?yàn)檫@是第一次系外行星統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，表明超級(jí)地球和海王星是最常見的行星類型，這與原始行星盤的觀測(cè)結(jié)果一致?！北疚闹饕髡啐埛迨侵袊?guó)北京大學(xué)卡比利天文與天體物理研究所的博士生。

盡管一些原行星盤看起來(lái)是均勻的，煎餅狀的物體沒有任何特征或圖案，但已經(jīng)觀察到被間隙隔開的同心亮環(huán)。然而，由于以前的研究集中在這些物體中最亮的一個(gè)，因?yàn)樗鼈兏菀渍业?，所以不清楚宇宙中是否真的存在具有環(huán)形和間隙結(jié)構(gòu)的普通圓盤。這項(xiàng)研究給出了第一次無(wú)偏調(diào)查的結(jié)果，即目標(biāo)圓盤的選擇與它們的亮度無(wú)關(guān)——換句話說，研究人員在選擇它們進(jìn)行研究時(shí)，不知道它們的任何目標(biāo)是否有環(huán)形結(jié)構(gòu)。

“以前的大多數(shù)觀測(cè)都是為了探測(cè)非常巨大的行星的存在。我們知道它們很罕見，在明亮的圓盤上刻有大的內(nèi)孔或缺口，”本文第二作者、美國(guó)宇航局哈勃望遠(yuǎn)鏡研究員Paola Pinilla說。亞利桑那大學(xué)管家天文臺(tái)?！氨M管從這些明亮的圓盤中推斷出了大量的行星，但人們對(duì)這些黑暗的圓盤知之甚少?！?

該團(tuán)隊(duì)還包括UA月球和行星實(shí)驗(yàn)室的Nathan Hendler和Ilaria Pascucci，他們測(cè)量了ALMA觀測(cè)到的環(huán)和間隙的屬性，并分析了數(shù)據(jù)以評(píng)估可能導(dǎo)致觀測(cè)到的環(huán)和間隙的機(jī)制。盡管這些結(jié)構(gòu)可能是由行星雕刻而成，但先前的研究表明，它們也可能是由其他影響造成的。在一個(gè)普遍建議的情況下，響應(yīng)到主星的距離及其磁場(chǎng)，由塵埃粒子在圓盤上的化學(xué)變化引起的所謂冰線在圓盤上產(chǎn)生壓力變化。這些影響會(huì)在圓盤中發(fā)生變化，圓盤由環(huán)和間隙表示。

研究人員進(jìn)行了分析，以測(cè)試這些替代解釋，并且無(wú)法確定恒星特征與他們觀察到的間隙和環(huán)的模式之間的任何相關(guān)性。

皮尼拉說：“因此，我們可以排除通常會(huì)導(dǎo)致環(huán)和間隙的冰紋的想法?！拔覀兊陌l(fā)現(xiàn)使新生行星成為我們觀察到的模式的最有可能的原因，盡管其他過程也可能起作用?！?

由于主星的亮度很高，不可能直接探測(cè)到每一顆行星，因此團(tuán)隊(duì)進(jìn)行了計(jì)算，以了解金牛座恒星形成區(qū)可能形成的行星類型。根據(jù)研究結(jié)果，海王星大小的氣體行星或所謂的超級(jí)地球——質(zhì)量高達(dá)20個(gè)地球的類地行星——應(yīng)該是最常見的。只有兩個(gè)觀測(cè)到的圓盤可能有與太陽(yáng)系最大的行星木星相當(dāng)?shù)凝嬋淮笪铩?

皮尼拉說：“因?yàn)槟壳按蠖鄶?shù)系外行星的探索都無(wú)法穿透原始行星盤的厚厚塵埃，所以除了一個(gè)例外，所有系外行星都在更多不再存在行星盤的進(jìn)化系統(tǒng)中被探測(cè)到。

展望未來(lái)，研究團(tuán)隊(duì)計(jì)劃將ALMA的天線移動(dòng)得更遠(yuǎn)，這應(yīng)該會(huì)將陣列的分辨率提高到大約五個(gè)天文單位(一個(gè)AU等于地球和太陽(yáng)之間的平均距離)，并使天線對(duì)其他頻率敏感。對(duì)其他類型的灰塵敏感。

“我們的結(jié)果是理解這個(gè)星球形成的關(guān)鍵階段的令人興奮的一步，”龍說?！巴ㄟ^進(jìn)行這些調(diào)整，我們希望能更好地了解環(huán)和間隙的起源。”

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