快速形成的巨型行星可能会破坏螺旋状的原行星盘

原行星盘与绕轨道运行的行星

华威大学天文学家的一项新研究表明,在恒星系统生命早期形成的巨型行星可以解决为什么在年轻的原行星盘中观察不到螺旋结构的谜题。资料来源:华威大学

  • 模拟的华威大学天体物理学家表示,与巨行星的相互作用可能会导致原行星盘,看起来比它们应该的更古老
  • 巨大的年轻圆盘被认为是螺旋结构,但这些很少用望远镜观测到
  • 可以通过在光盘的寿命早期存在巨大的行星

华威大学天文学家的一项新研究表明,在恒星系统生命早期形成的巨型行星可以解决为什么在年轻的原行星盘中观察不到螺旋结构的谜题。

这项研究于2020年11月26日发表在《柳叶刀》杂志上天体物理学杂志通讯》上该研究部分得到了英国皇家学会(Royal Society)的支持,为天文学家期望在围绕年轻恒星的原行星盘上看到的螺旋结构的缺失提供了解释,也表明科学家可能需要重新评估行星在盘的生命周期中形成的速度。

没有行星的原行星盘

没有星球的原主象圆盘。资料来源:华威大学

原文象圆盘是行星的出生地,含有最终将结合到我们在宇宙中看到的行星阵列的材料。当这些光盘年轻时,它们形成螺旋结构,通过圆盘纺丝的大规模重力效果,所有的灰尘和材料都拖到密集的臂中。在银河系上发生类似的效果,因此为什么我们看到螺旋星系如我们自己的螺旋星系银河系

在300万年到1000万年的过程中,来自盘状星云的物质聚集在一起形成行星,落在绕其运行的恒星上,或者通过盘状星云的风分散到太空中。当圆盘年轻时,它会自重力,其中的物质会形成一个螺旋结构,当它变得重力稳定时,就会失去螺旋结构。年轻的行星在以自己的方式消耗和分散物质时,会在圆盘上凿出空隙,导致这是天文学家在原行星盘中最常见的特征。

原行星盘与绕轨道运行的行星

原文象圆盘与轨道行星。资料来源:华威大学

但是天文学家们一直在努力解释观测到的年轻的原行星盘,这些盘没有显示出螺旋的迹象,而是看起来像一个有着环形和缝隙结构的更古老的盘。为了给出解释,华威大学物理系的萨尔·罗瑟和法莎娜·梅鲁博士对年轻圆盘中的大质量行星进行了计算机模拟,以确定它们相互作用时会发生什么。

他们发现一个巨大的星球,大约三倍的质量木星从盘的外部区域向其恒星移动,会造成足够的破坏,将盘彻底摧毁其结果与天文学家观察到的盘非常相似。然而,要想出现在圆盘的螺旋阶段,这些行星必须在圆盘生命周期的早期迅速形成。

该研究的第一作者萨尔·罗瑟是物理系的博士生,他说:“当椎间盘还年轻的时候,我们预计它们会有巨大的螺旋结构。但我们在观察中看不到这一点。

我们的模拟表明,这些年轻圆盘中的一个大质量行星实际上可以缩短自引力螺旋阶段的时间,使其看起来更像天文学家看到的一些观测结果。”


比较没有行星的原行星盘(左图)和绕木星运行的3倍质量行星(右图)的演化的视频。资料来源:华威大学

合著者,来自物理系的Farzana Meru博士补充道:如果天文学家观察到的这些圆盘中有一些是最近自引力的,那么这就表明它们在圆盘还很年轻的时候就形成了行星。原行星盘的自引力阶段比大约50万年要短得多,这意味着这颗行星必须以难以置信的速度形成。

无论这些机制如何解释这些行星如何形成,这可能意味着我们必须考虑行星形成的速度比最初的想法要快得多。“

他们的模拟模拟了原行星盘外部区域的一颗巨大行星向内迁移的过程,天文学家希望看到,当行星与盘内气体交换角动量时,扭矩推动行星向内迁移的过程。这也意味着这颗行星会与圆盘的很大一部分相互作用并破坏,其质量足以在气体中打开一个空隙,从而形成环和空隙结构。

Sahl Rowther补充道:“考虑到与观测到的光盘质量有关的未知因素,这是令人兴奋的。如果带有环形和间隙结构的大质量圆盘普遍存在,则可以为解释圆盘结构提供更多的途径。

“我们的研究结果表明,如果有合适的条件和技术,甚至有可能看到这些巨型行星的迹象。我们研究的下一阶段将是确定这些条件是什么,帮助天文学家试图确定这些行星的存在。”

梅博士补充说:don,那个螺旋结构很有可能被摧毁当你看光盘的时候,不要被愚弄。它可能还是相当大的只不过是一颗巨大的行星使它失去了螺旋。

我们有这些惊人的原行星盘的图像it’真正令人兴奋的是它们的结构。在过去的几年里,望远镜变得非常强大你能看到像缝隙和环这样的特征。有了像我们这样的计算机模拟,我们现在可以试着了解一些我们预计会发生的过程,比如行星在年轻的圆盘上迁移,是否会产生观察者所看到的那种图像。借助于强大的望远镜和超级计算机,这是可能的。”

参考:2020年11月26日,由Sahl Rowther, Farzana Meru, Grant M. Kennedy, Rebecca Nealon和Christophe Pinte所著的《在有行星的原行星盘中隐藏重力不稳定的特征》。天体物理学杂志通讯》上
2041 - 8213 . DOI: 10.3847 / / abc704

1评论关于“快速形成的巨型行星可能破坏螺旋形原行星盘”

  1. ”“如果天文学家观察到的这些圆盘中有一些是最近自引力的,那就表明它们在圆盘还很年轻的时候就形成了行星。原行星盘的自引力阶段比大约50万年要短得多,这意味着这颗行星必须以难以置信的速度形成。……”“

    事实上,最新的研究结果表明,恒星和行星可能是同时形成的。“行星和恒星可能同时形成‘兄弟姐妹’”@《物理世界》:“在一个年轻的恒星形成盘中首次发现了详细的环状结构。这表明行星可能与它们的主恒星同时形成,而不是在恒星形成过程的最后阶段。”

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