天文学家在远离中央恒星的原行星盘中发现了行星形成的证据

发现的巨大行星系统的形成现场

图1. HD142527周围的灰尘和气体盘。Alma观察到的灰尘和气体分布分别以红色和绿色显示。Naoj Subaru望远镜拍摄的近红外图像以蓝色显示。图像清楚地表明灰尘集中在盘的北部(上)部分。图像中的圆形显示粉尘浓度的位置,其中认为形成行星。信用:阿尔玛(ESO / Naoj / Nrao),Naoj,Fukagawa等。

使用阿尔玛在美国,天文学家观测了一颗名为HD142527的年轻恒星,并发现了在远离中央恒星的原行星盘中行星形成的第一个确凿证据。

摘要

日本一组天文学家通过阿塔卡马大型毫米/亚毫米阵列(ALMA)观测,获得了围绕一颗年轻恒星形成巨大行星系的有力证据。这一结果对行星形成的理论产生了变革性的影响,并为我们提供了许多行星系统起源的线索。

由大阪大学和茨城大学的天文学家领导的研究小组,观察了一颗名为HD142527的年轻恒星和ALMA位于狼疮星座。ALMA图像显示,构成行星的宇宙尘埃以不对称环的形式围绕着恒星旋转。通过测量光环最密集部分尘埃的密度,天文学家发现行星极有可能正在该区域形成。这个区域离中心恒星很远,大约是太阳和太阳之间距离的5倍海王星。这是在离中央恒星很远的原行星盘中发现的行星形成的第一个确凿证据。研究小组计划利用ALMA对HD142527进行进一步的观测,并对其他原行星盘进行更深入的研究,以全面了解行星的形成。


艺术家在HD142527周围的磁盘的印象。年轻的星级HD142527被灰尘和燃气盘包围。盘中有许多小灰尘颗粒碰撞并结合在一起形成原生质上的。信誉:naoj.

研究背景

到目前为止,已经发现了1000多颗系外行星,而且人们普遍认识到,太阳并不是唯一拥有行星的恒星。在对太阳系外行星的研究中,天文学家发现了各种各样的行星,如木星- 般的气态巨型行星在中央恒星周围盘旋,比汞比海王星轨道远远超过海王星的汞的行星。虽然已经发现了这种多种额外的行星,但是行星的形成过程尚未得到很好的理解。这是现代天文学中最优先的问题之一,并进行了越来越多的观察,以探索年轻恒星周围的地球形成区域。

一颗幼小的恒星被一圈尘埃和气体包围着,这些尘埃和气体可能是行星的组成物质。最近用NAOJ斯巴鲁望远镜进行的近红外观测显示,原行星盘的结构比我们预期的要复杂得多。螺旋状或缝隙状的结构被认为与盘面中隐藏的行星有关。然而,不可能通过近红外观测来测量圆盘最稠密部分的尘埃和气体的数量。由于近红外光很容易被大量的尘埃吸收或散射,所以它不适合观测圆盘致密区域的最里面部分。那么,解决这个问题的关键将是毫米波和亚毫米波(3),它们可以用ALMA观测到。毫米波/亚毫米波的波长比近红外光长,而且不容易被尘埃吸收,这使得天文学家能够窥视圆盘的内部。低空间分辨率是毫米/亚毫米观测的一个弱点,但ALMA现在大大改善了这一点。

ALMA查看HD142527周围的磁盘

图2。被ALMA观测到的HD142527周围的磁盘。颜色分配与图1相同。资料来源:ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), Fukagawa等。

与阿尔玛的观察

研究小组选择了狼疮星座中一颗年轻的恒星HD142527作为他们观测ALMA的目标。通过之前用斯巴鲁望远镜对HD142527附近的圆盘的观测,他们发现了圆盘内部的一个缺口和外部圆盘的奇特形状。ALMA探测到来自恒星周围尘埃环(4)的亚毫米辐射。辐射分布不均匀,其北侧比暗淡的南侧亮30倍。“我们对北侧的明亮感到非常惊讶,”该团队的负责人、大阪大学的助理教授深川美里(Misato Fukagawa)说。“亚毫米波中最亮的部分位于离中心恒星很远的地方,这个距离相当于太阳和海王星之间距离的5倍。我从来没有见过这么亮的结在这么远的地方。这种强烈的亚毫米辐射可以解释为在这个位置堆积了大量的物质。当积累了足够的物质,行星或彗星就会在这里形成。为了研究这种可能性,我们测量了物质的数量。”

在基于亚颌鉴发射强度的材料计算材料的量,材料的温度是重要的参数。该团队从一氧化碳同位素的观察结果估计了密集区域的温度。结果,该团队达到了两种可能性;形成气态巨型星球或岩石行星。如果宇宙中典型环境中的灰尘和气体的丰富相当(粉尘和气体的质量比为1至100),则致密区域足以吸引由于自重和自重引起的大量气体形成巨大气态的行星比木星多多倍。虽然这类似于宇宙云中的星星的形成过程,但是第一次通过原子多转盘的观察直接提出这种行星形成过程的可能性。另一种可能性是形成“灰尘陷阱”,其中灰尘的丰度小于盘(5)的另一部分。如果在盘中形成灰尘疏水阀,则可以形成诸如彗星的地球的岩石行星,诸如彗星的小体或气态行星芯。在这两种情况下,高度可能的是在圆盘的密集部分中形成在围绕HD142527的密集部分。

上述两颗行星形成过程的基本原理早在30多年前就已被理论预测。天文学家认为我们太阳系行星的形成始于大量尘埃的碰撞和聚合,然后尘埃的聚集会成长为许多行星的核(原行星),这些核通过无数次的碰撞和聚合演变成行星。一些核心捕获了巨大的大气,形成气态巨行星。人们认为这两个过程都发生在中央恒星附近(围绕木星和土星但是ALMA的新结果破坏了这种传统的假设。研究小组成员、茨城大学教授穆恩武说:“直接看到行星形成的地点是ALMA最重要的目标之一。我们的观测成功地找到了一个独特的候选者,它位于离中央恒星出乎意料的遥远的地方。我相信ALMA会给我们带来更多的惊喜。”

未来前景

研究小组发现了在HD142527周围的磁盘上发生的行星形成过程中的两种可能性。下一步将是识别涉及的气体量的精确测量。该团队将继续使用ALMA进行详细观察,具有改进的能力。福冈说“HD142527是一个特殊的对象,就我们的有限知识而言。然而,自从早期的ALMA科学操作开始以来已经发现了其他不对称的原始磁盘。我们的最终目标是揭示控制行星形成的主要物理过程。为实现这一目标,重要的是通过观察许多原始磁盘的观察来获得地球形成的全面观点。我们希望成为这一伟大风险的一部分。“

笔记

1:宇宙尘埃由小型固体颗粒组成,由硅,碳,铁等元素组成,约为0.1微米。HD142527周围的盘中的灰尘颗粒被认为在1毫米的大小上生长。

2:近红外光是电磁波的一部分,波长在0.7 ~ 3微米。

3:毫米波是无线电波的波长在1毫米至1厘米之间,而亚毫米波的波长在0.1至1毫米之间。通过观察毫米/亚毫米波,我们可以研究宇宙中的冷气体和尘埃。

4:位于夏威夷的亚毫米阵列(SMA)已经观察到HD142527周围圆盘的不对称形状。

5:灰尘陷阱是收集粉尘颗粒并保持长时间的斑点。在理论上预测中,灰尘陷阱被定义为行星形成的第一步,以使灰尘的可能有效的聚结。灰尘陷阱形成机制有几种可能性;一种可能性是原始圆盘中的气体涡旋。最近的Alma观察首先首先确认灰尘疏水阀的存在。

出版: M. Fukagawa等,“HD 142527周围原行星环表面密度的局部增强”,出版。阿斯特朗。Soc。日本65,14[5页](2013年)

研究的PDF副本:HD 142527周围原行星环表面密度的局部增强

图片:阿尔玛(ESO/NAOJ/NRAO), NAOJ, Fukagawa等。

1评论在“天文学家发现行星形成的证据远离导流板中的中心星”

  1. 好的网站兄弟

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