《Rogue》尘埃星系统图库揭示的系外行星苗圃

尘圆盘画廊

这张图显示的是双子座行星成像仪(gpie)捕捉到的年轻恒星周围的尘埃环。这些圆环的形状和大小各不相同,更极端的是它们在天空中不同的投影。图片来源:加州大学伯克利分校图片作者:托马斯·埃斯波西托

对104颗附近恒星的系统调查发现了25个尘埃盘,有行星存在的证据。

本月的天文学家发布了年轻恒星周围的碎片圆盘的最大夏普,详细的图像集合,展示了恒星系统的各种形状和大小,在其主要行星形成年内。令人惊讶的是,几乎所有人都表现出行星的证据。

通过精密仪器,Gemini Planet成像仪(GPI)的精密仪器在一段四年内获得了图像,安装在智利8米的Gemini South Telescope上。GPI使用最先进的自适应光学系统来删除大气模糊,以迄今为止许多磁盘的日期提供最尖锐的图像。

地面仪器像谷歌,正在升级进行类似的观测双子座北的北方天空望远镜在夏威夷,可以与怀疑一种屏幕恒星残骸磁盘来确定价值目标的更强大,但是价格昂贵,望远镜发现的行星——特别是,宜居行星。几个20米、30米和40米的望远镜,如巨型麦哲伦望远镜和超大望远镜,将在未来几十年上线,同时在轨道上运行詹姆斯韦伯太空望远镜预计将于2021年发射。

“检测尘埃填充的磁盘通常更容易,所以你先检测到尘埃,然后你知道将你的詹姆斯韦伯太空望远镜或你的南希·格雷曼罗马空间望远镜在那些系统中,削减了恒星的数量你必须筛选它首先找到这些行星,“博士生博物馆加州大学,伯克利

Esposito是一篇论文的第一个作者,描述了2020年6月15日出现的结果天文杂志

彗星腰带围着其他明星

图像中的碎片磁盘是我们太阳系中的kuiper皮带,一个寒冷的领域大约远离阳光的40倍,而不是地球 - 超出轨道海王星- 并且充满了从未成为我们太阳系中任何行星的一部分的岩石,灰尘和冰。从皮带上的彗星 - 冰球和岩石 - 周期性地扫过内部太阳系,偶尔在地球上造成严重破坏,还能提供水,碳和氧等生活相关的材料。


太阳系及其冰尘环的动态,柯伊伯带,类似于附近26个年轻恒星周围的尘埃盘和光环。这些恒星和它们的尘盘是通过安装在智利的双子座南方望远镜上的双子座行星成像仪观测到的。(视频由亚利桑那州立大学和GPI团队提供)

在双子座行星成像仪(GPI)获得的26张碎片盘图像中,有25张在中央恒星周围有“洞”,这些“洞”可能是由行星扫过岩石和尘埃而形成的。26人中有7人以前不为人知;其他19颗行星的早期图像不如GPI的图像清晰,通常也没有探测到内部空洞的分辨率。这项调查使在如此高分辨率下成像的碎片盘数量增加了一倍。

“我们发现的一件事是,这些所谓的圆盘实际上是带有内部间隙的环,”埃斯波西托说,他也是加州山景城SETI研究所的研究员。“GPI清楚地看到了靠近恒星的内部区域,而在过去,通过哈勃太空望远镜而地面上的旧仪器无法看到恒星附近的黑洞。”

GPI包含一个阻挡星光光的胰岛素,使其能够从星星的一个天文单位(Au)上,或者从我们的太阳到阳光下的距离:9300万英里。

GPI靶向104颗恒星在红外光线异常明亮,表明它们被反射颗碎片包围,反射了星光的光或被星形加热。仪器记录偏振的近红外光,散射小粉尘颗粒,大约千分之一千米(1微米),可能是碎屑盘中的较大岩石中的碰撞结果。

六个灰尘磁盘

来自Gemini Planet Imager调查的26个星系磁盘中的六个,突出了这些磁盘的形状和尺寸的多样性,这些磁盘可以在其形成岁月中拍摄和显示星系的外部到来。图片来源:国际双子座天文台,NOIRLab,美国国家科学基金会,AURA和加州大学伯克利分校的Tom Esposito。图像处理由Travis Recto,阿拉斯加大学安克雷奇分校,Mahdi Zamani和Davide de Martin。

埃斯波西托说:“我们还没有对这么大的年轻碎片盘进行过系统的调查,用同样的仪器,使用同样的观测模式和方法。”“我们以非常一致的数据质量检测了这26个碎片盘,我们可以真正比较观察结果,这在碎片盘调查中是独一无二的。”

以这种方式成像之前从未成像过的七个碎片磁盘在恒星周围的13个磁盘中间移动银河系,一个名为Scorpius-Civerus Stellar协会的组的成员,它位于地球的100到140张Parsec之间,或者有400个轻的年。

“它就像一个完美的钓鱼地点;我们的成功率比我们做过的任何事情都要高,”这篇论文的第二作者、加州大学伯克利分校天文学副教授保罗·卡拉斯(Paul Kalas)说。因为恒星周围所有的七个都出生在同一地区在大致相同的时间,”这个群体本身就是一个mini-laboratory可以比较和对比许多行星的架构苗圃发展同时在各种条件下,之前我们没有的东西,“他补充说。

在观测到的104颗恒星中,有75颗没有GPI能够探测到的大小和密度的圆盘,尽管它们很可能被行星形成时遗留下来的碎片包围着。另外三颗恒星被观察到有属于早期“原行星”演化阶段的圆盘。

我们的太阳系在其初期是什么样子的?

碎片盘的范围差异很大,但大多数在20到100个天文单位之间。这些恒星的年龄从几千万年到几亿年不等,这是行星演化的一个非常活跃的时期。大多数都比太阳更大更亮。

星系的尘埃戒指

恒星HR 4796 A周围的尘埃环。它雕刻整齐的边缘表明,存在一颗巨大的行星,正在清扫由冰和岩石碎片组成的圆盘内的气体和尘埃,就像海王星雕刻我们柯伊伯带的内缘一样。图片来源:国际双子座天文台,NOIRLab,美国国家科学基金会,AURA和加州大学伯克利分校的Tom Esposito。图像处理由Travis Recto,阿拉斯加大学安克雷奇分校,Mahdi Zamani和Davide de Martin。

一星,HD 156623,没有在碎片盘中有一个洞的洞是本集团中最年轻的一个,这适合行星形式的理论。最初,原文象磁盘应相对均匀,但作为系统年龄,行星形成并扫除盘的内部。

环绕恒星的环盘

环绕twa7恒星的环绕盘,是双子座成像仪观测到的26个盘之一。图片来源:国际双子座天文台,NOIRLab,美国国家科学基金会,AURA和加州大学伯克利分校的Tom Esposito。图像处理由Travis Recto,阿拉斯加大学安克雷奇分校,Mahdi Zamani和Davide de Martin。

“当我们看着年轻环绕恒星的磁盘,原生行星盘在进化的早期阶段,当行星形成时,行星或之前已经开始形成,有大量的气体和尘埃的地区我们发现这些孔老磁盘碎片,”埃斯波西托说。“随着时间的推移,某些物质已经被移除,其中一种方法就是利用行星。”

因为从碎片盘中发出的偏振光理论上可以告诉天文学家尘埃的组成,埃斯波西托希望改进模型来预测尘埃的组成——特别是探测水,水被认为是生命存在的条件。

卡拉斯说,这些研究可以帮助回答有关我们自己太阳系的挥之不去的问题。

“如果您将自己的太阳系拨回时钟,则为45亿年,其中一块磁盘是我们呢?我们是一个狭窄的戒指,还是我们是一个模糊的斑点?“他说。“知道我们看起来像是很想那样了解自己的起源。这是巨大的未答复问题。“

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参考:Thomas M. Esposito, Paul Kalas, Michael P. Fitzgerald, Maxwell A. millar - blancher, Gaspard Duchêne, Jennifer Patience, Justin Hom, Marshall D. Perrin, Robert J. De Rosa, Eugene Chiang, Ian Czekala, Bruce Macintosh, James R. Graham,Megan Ansdell, Pauline Arriaga, Sebastian Bruzzone, Joanna Bulger, Christine H. Chen, Tara Cotten, rubing Dong, Zachary H. Draper, Katherine B. Follette, Li-Wei Hung, Ronald Lopez, Brenda C. Matthews, Johan Mazoyer, Stan Metchev, Julien Rameau, Bin Ren, Malena Rice, Inseok Song, Kevin Stahl, Jason Wang, Schuyler Wolff, Ben Zuckerman,S. Mark Ammons, Vanessa P. Bailey, Travis Barman, Jeffrey Chilcote, Rene Doyon, Benjamin L. Gerard, Stephen J. Goodsell, Alexandra Z. Greenbaum, Pascale Hibon, Sasha Hinkley, Patrick Ingraham, Quinn Konopacky, Jérôme Maire, Franck Marchis, Mark S. Marley, Christian Marois, Eric L. Nielsen, Rebecca Oppenheimer, David Palmer, Lisa Poyneer,Laurent Pueyo, Abhijith Rajan, Fredrik T. Rantakyrö, Jean-Baptiste Ruffio, Dmitry Savransky, Adam C. Schneider, Anand Sivaramakrishnan, Rémi Soummer, Sandrine Thomas and Kimberly wardduong, 2020年6月15日,天文杂志
DOI:10.3847 / 1538-3881 / AB9199

超过100名研究人员参与了GPI和GPI系外行星调查,超过35名研究人员参与了碎片盘调查。这项工作得到了美国国家科学基金会(AST-1518332)、美国国家航空航天局(NNX15AC89G)和系外行星系统科学Nexus (NExSS)的支持美国宇航局美国科学任务理事会(NNX15AD95G)。国际双子座天文台由国家科学基金会的国家光学红外天文研究实验室(NOIRLab)运作,该实验室由美国、加拿大、智利、巴西、阿根廷和韩国组成。

其他合著者包括加州大学洛杉矶分校的迈克尔·费兹杰拉德,加斯帕尔Duchêne,加州大学伯克利分校的尤金·蒋,伊恩·切卡拉和詹姆斯·格雷厄姆,加州大学伯克利分校前研究员罗伯特·德·罗莎,梅根·安斯德尔和弗兰克·马吉斯,前研究生马歇尔·佩林和杰森·王,以及前本科生波林·阿里亚加,贾斯汀·洪和马丽娜·赖斯。

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