旋转磁盘,奇怪的星星,奇怪的行星有助于天文学家测试行星系统形成的理论

围绕年轻恒星的尘埃和气体的原行星盘

一颗新形成的恒星被一个由气体和尘埃组成的旋转盘所包围,这被称为原行星盘。这个圆盘,在棕矮星周围,为行星的形成提供了物质。信用:NASA / JPL-CALTECH

太阳系是如何诞生的?

我们中的许多人还记得那些教室里的太阳系模型,在它们的导线末端,微小的木制行星围绕着一个亮橙色的太阳旋转。但是这个模型有多精确呢?行星真的是在同一个平面上排列,还是它们围绕太阳的轨道以不同的角度交错?事实证明,这个玩具并不遥远,至少在这一方面。

我们的太阳系实际上是漂亮的公寓,其大多数行星在地球轨道飞机的三度范围内绕太阳,叫做黄道。这种平坦度延伸到星形腰带之间火星木星,尽管过去的一些冰冷物体区域的成员海王星柯伊伯带更极端,倾角高达30度。

这种相对的平坦度,这不是太阳系的不寻常特征,从恒星和行星系统通常形成的结果。该过程始于缓慢旋转,大致球的气体和灰尘,大约一个轻的年度。最终,该材料的一部分朝向中心坍塌,形成恒星,并且由于其旋转而开始弯曲成盘子。它出于这种旋转的原始气体盘的气体和灰尘,然后行星纺出来,导致太阳系相对平坦。最终,当大多数气体都沉降到星星或行星上或已经消散到星形或行星上时,系统留下了行星剩菜的碎片盘,就像我们自己的小行星散道龙卷束一样。

宾夕法尼亚州立大学的一些天文学家研究原行星和碎片盘,以更好地了解行星系统是如何形成的。但并不是所有的恒星和行星都以完全相同的方式形成——也不是所有的行星系都是平的。

宾夕法尼亚州邦纳州天文学研究的跨学科性质,包括在大学的外产和居住世界中,允许其科学家们描绘了行星系统的形成和演变的更大的画面。

“这是一个令人兴奋的时刻,因为在其他太阳系中已经发现了许多行星,例如通过美国国家航空航天局开普勒太空望远镜和凌日系外行星勘测卫星(苔丝),其中很多看起来与我们太阳系的行星非常不同,”谢弗科学职业发展教授、天文学和天体物理学助理教授丽贝卡·道森(Rebekah Dawson)说。“所以,我们必须想出新的方法来思考行星的形成,以解释我们现在所知道的行星的多样性。”

除了学习磁盘之外,Dawson等研究人员还研究了可以支持或使我们重新思考当前理论的规范,不寻常的恒星和行星的例外。这些调查在一起,帮助科学家改善了我们对不同种类的恒星和行星形式的理解,以及如何居住的地图。

在该法案中捕捉行星形成

虽然一些研究人员研究了成熟的系统和地球形成过程的推断方面,天文学助理教授IAN CZEKALA试图在该法案中赶上行星形成。

“我研究了周围的圆形圆盘,他们的生命前1000万年来环绕着年轻的星星,”他说。“这可能听起来很长一段时间,但与明星的总一生相比,它实际上非常小。例如,我们的太阳大约是50亿岁;大部分的太阳系外行星人们研究的系统至少有10亿年的历史了。”

虽然开普勒和其他调查任务已经找到了数千个成熟的太阳能系统,但附近的附近的原主象系统较少,可以轻松地借给详细的研究。为了调查这些早期的系统,Ceezkala使用Atacama大毫米/亚颌骨阵列(阿尔玛),这是有史以来最复杂的天文台之一。ALMA位于智利,利用电磁波谱中红外和无线电区域之间的光波波长,利用高精度天线网络共同工作,提供对宇宙的高分辨率观察。

环绕年轻双星的原行星盘

围绕年轻二进制星星的原始圆盘的例子。这些磁盘中的气体和灰尘产生冷热排放,可以在毫米波长处检测。信用:阿尔玛(ESO / Naoj / Nrao),I. Czekala和G.肯尼迪;Nrao / Aui / NSF,S. Dagnello

Alma可以直接检测原文象磁盘中的气体和灰尘,产生非常冷的热排放(20至30摄氏度,或-400至-424度华氏温度)为毫米波长。Czekala利用圆盘中的气体,包括一氧化碳,作为示踪剂来确定圆盘是如何旋转的。这些数据提供了对磁盘动力学的一瞥,构建了一种以速度为函数的三维图像。一些圆盘上显示的间隙可能是由在该空间中运行的行星产生的。

“有趣的是,我们看到磁盘旋转,但我们开始感知该领域速度偏离其预期旋转的方式非常微妙的水平,”Ceezekala说。“这就像看着下游的河流。当然,你看到河流的散装流量,但是当你看看漩涡和动荡的波浪时,你可以推断出一个区域中可能有一个淹没的岩石,甚至是另一个区域的大型水下洞穴。这就是谎言下面让我真的很兴奋。“

行星是在哪里形成的?

道森在某些情况下研究碎片盘,但她也对了解行星的形成非常感兴趣,这些行星与我们太阳系中的行星完全不同。特别是,她正在研究行星轨道在早期太阳系中可能是如何变化的,这可以告诉我们行星是如何形成的,它们现在的位置。

“在谈论行星形成的理论时,即使这些不同地点所涉及的过程可能有一些相似之处,也存在一些关于行星的争论。”

一些道森的研究专注于称为“热兴板”的大型天然气巨头行星,这些巨型行星与我们自己的木星相似,但被发现意外地靠近他们的星星。由于靠近他们的恒星,这些行星令人惊讶的短轨道只有三四天。

关于热木星的形成有几种理论。一种观点认为它们是在它们目前所在的位置形成的,离它们的恒星很近。另一种理论认为,它们是在较远的地方形成的,但某种干扰显示出一种引力,使炽热的木星的轨道以一种非常接近其恒星的方式呈椭圆形。最终,恒星的引力在这颗行星上产生了潮汐,导致它的轨道缩小,变得更圆。

炽热的木星气态巨行星

艺术家描绘了一个热木星气体巨型星球,这与我们自己的木星相似,但意外地发现靠近他们的星星。宾州国家天文学家Rebekah Dawson通过调查这些大型行星如何靠近他们的星星来研究带有热兴板的行星系统的历史。信用:NASA / JPL-CALTECH

“试图解开这些可能的形成途径,我们有时会使用该过程的计算机模拟,这导致了热门猜测家的特性的其他期望,”道森说。然后,我们可以基于与模拟的明星和红外观察,观察到的炎热Jupiters的特性,以了解它们是否与特定理论一致。我们也可以在同一系统中寻找与他们的形成线索的热门豪客的行星。“

例如,如果一个炽热的木星在其恒星附近形成,那么在其附近形成的其他行星就有可能被观测到。但如果它是通过一个高度椭圆轨道的路径形成的,那么在炎热的木星和太阳之间的任何其他行星很可能会被喷射或与它相撞。

道森说:“我们从数据中看到的是,大多数木星附近没有其他行星,但也有少数例外。”“我开始相信,这些理论都无法解释我们看到的所有热木星。可能有不同的方法来制造热木星,这可能是真的,我们看到的其他类型的行星,看起来不像我们太阳系的行星。”

小明星或巨星?

正如像热的Jupiters这样的不寻常行星的研究一样,可以帮助我们了解基本流程,所以这也可以研究异常的明星。横跨各种群众存在的星星,最重的是我们太阳质量的150倍。最亮的星星,被称为棕色的矮人,小于太阳的质量,因此可以冷却,足够透明,看起来像气体巨型星球。

凯文鲁恒,天文学教授和天文学,他的职业生涯都花了很多研究,研究了棕色矮人如何像星星一样以及它们如何像行星一样。确定他们是否诞生了恒星或行星,他试图识别棕色矮人存在的最小质量。

“关于恒星形成的不同理论对褐矮星存在的最小质量做出了不同的预测,”他说。“如果你能测量最小质量,你就能检验恒星是如何诞生的理论。”

因为褐矮星又冷又暗,要找到它们也很困难;第一个直到1995年才被发现。然而,在它们非常年轻的时候,褐矮星的亮度相对较高——几乎和其他恒星一样亮——这使得它们更容易被探测到。

假设棕矮星行星系统与我们的太阳系比较

这幅图显示了一个假想的褐矮星行星系统与我们的太阳系的相对大小。宾夕法尼亚州立大学的天文学家凯文·卢曼研究了小而冷的棕矮星与行星的相似之处,以及它们与恒星的相似之处,这将为了解恒星和行星的形成过程提供帮助。来源:美国国家航空航天局/姓名/ T。派尔(SSC)

卢曼说:“我们在已知会产生恒星的气体和尘埃星云中寻找新生的褐矮星,比如附近的猎户座星云。”“我的大部分工作都涉及到搜索这些星云,使用非常灵敏的望远镜能够看到它们。”

鲁赫曼帮助识别棕色矮人,大小为木星的质量的五倍,与一些行星的群众重叠。他希望推出这一点詹姆斯·韦伯太空望远镜2021年,天文学家将能够确定这些不寻常恒星的最小质量。

“棕色矮人在红外线往往是最亮的,詹姆斯韦伯将是最强大的红外望远镜,”他说。“我们也希望回答行星是否能够在棕色矮人周围形成的频率。棕色矮人周围的原始磁盘已经有了好的证据,这意味着他们有建筑块来制作周围的行星。“

这些问题将有助于通知大图案关于行星形成,包括行星是否围绕任何类型的明星或唯一的星星,当然是棕色矮人周围的行星是否存在,如果它们存在,则为港口生活。

新的机遇

虽然明星和行星形成可能被认为是单独的研究领域,但所涉及的过程都是本质上的联系。原文象磁盘不仅产卵行星,而且将漏斗漏斗和灰尘持续到年轻的明星上。行星形成的非常动作改变了磁盘的结构,这可能会影响在同一磁盘中形成的后续行星。根据Ceeedkala的说法,这是鸡肉和鸡蛋情景。

通过这种方式,拥有使用不同策略的各种研究人员可以在一个地方研究这些过程。宾夕法尼亚州邦纳州天文学研究的跨学科性质,包括在大学的外产和居住世界中,允许其科学家们描绘了行星系统的形成和演变的更大的画面。

“我们正在努力将明星和行星形成的过程搭档,但我们只能在这里瞥见线索,我们需要用来指导我们到整体理论,”Ceekala说。“新的观测总是导致盛开的新理论,但在一天结束时,大图片需要悬挂在一起,包括我们与原主象偶磁盘研究的地层纪元的影响。我们有一个独特的机会将不同的社区聚集在一起。“

1条评论在“旋转磁盘,奇怪的星星,奇怪的行星帮助天文学家测试行星系统形成的理论”

  1. 这是一个有趣的话题。

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