二十年代行星形成的时代,

作者:芜湖虞编 来源:网络整理 点击数: 发布时间:2018年12月16日
ALMA的附近原行星盘的高分辨率图像是高角度分辨率项目(DSHARP)的磁盘子结构的结果。
图片来源:ALMA(ESO / NAOJ / NRAO),S。Andrews等; NRAO / AUI / NSF,S。Dagnello
天文学家已经在遥远恒星周围的轨道上编目了近4,000颗系外行星。虽然发现这些新发现的世界已经教会了我们很多,但我们还不知道有关行星的诞生以及产生我们已经发现的各种行星体的精确宇宙配方,包括所谓的热木星,巨大的岩石世界,冰冷的矮行星,以及 - 希望有一天很快 - 遥远的地球类似物。

为了帮助回答这些问题和其他有趣的问题,天文学家团队进行了ALMA首次大规模,高分辨率的原行星盘测量,即年轻恒星周围的尘埃和气体带。

被称为高角度分辨率项目(DSHARP)的磁盘子结构,这个阿塔卡马大毫米/亚毫米阵列(ALMA)的“大型程序”已经产生了令人惊叹的高分辨率图像,其中包含20个附近的原行星盘,并为天文学家提供了新的见解。它们包含的各种特征以及行星可以出现的速度。

这项调查的结果将出现在“ 天体物理学杂志快报”的一个特别关注的问题上。

根据研究人员的说法,对这些观测结果最有说服力的解释是,大型行星的大小和成分可能与海王星或土星相似,形成得比当前理论所允许的要快得多。这些行星也往往形成在太阳系的外围,离主星很远。

这种早熟的形成也可以帮助解释岩石,地球大小的世界如何能够进化和成长,在他们假定的自毁青春期中幸存下来。

“为期数月的观测活动的目标是寻找原行星盘上的结构共性和差异.ALMA非常清晰的视野揭示了以前看不见的结构和意想不到的复杂模式,”哈佛 - 史密森尼中心的天文学家肖恩安德鲁斯说。天体物理学(CfA)和ALMA观测活动的领导者,以及莱斯大学的Andrea Isella,智利大学的LauraPérez和海德堡大学的Cornelis Dullemond。“我们正在看到各种各样的各种各样的年轻恒星周围的不同细节。对这些高度多样化,小规模特征的最引人注目的解释是,有看不见的行星与磁盘材料相互作用。”

行星形成的主要模型认为,行星是由原生磁盘内的尘埃和气体的逐渐积累而诞生的,从冰冷的尘埃粒子开始,这些尘埃聚结形成越来越大的岩石,直到小行星,星子和行星出现。这种分层过程应该需要数百万年才能展开,这表明它对原行星盘的影响在较老的,更成熟的系统中最为普遍。然而,越来越多的证据表明并非总是如此。

ALMA早期对年轻原行星盘的观测,其中一些只有大约一百万年,显示出令人惊讶的明确定义的结构,包括突出的环和间隙,这似乎是行星的标志。天文学家最初谨慎地将这些特征归因于行星的行为,因为其他自然过程可能起作用。

“在年轻磁盘的第一张高分辨率图像中看到行星形成的可能签名是令人惊讶的。重要的是要找出这些是异常还是这些签名在磁盘中是常见的,”研究生Jane Huang说。在CfA和研究团队的一名成员。

由于天文学家可以研究的初始磁盘样本非常小,因此无法得出任何总体结论。可能是天文学家正在观察非典型系统。需要对各种原行星盘进行更多观察,以确定他们所看到的特征的最可能原因。

DSHARP活动旨在通过研究附近20颗原行星盘附近的尘埃粒子的相对小规模分布来做到这一点。这些尘埃粒子以毫米波长的光线自然发光,使ALMA能够精确地绘制年轻恒星周围小的固体颗粒的密度分布。

根据恒星与地球的距离,ALMA能够区分小到几个天文单位的特征。(天文单位是地球与太阳的平均距离 - 大约1.5亿公里,这是测量恒星系统距离的有用尺度)。利用这些观察结果,研究人员能够对附近原行星盘的整个群体进行成像,并研究其AU尺度特征。

研究人员发现,许多子结构 - 同心间隙,窄环 - 几乎对所有圆盘都是通用的,而在某些情况下也存在大规模螺旋图案和弧形特征。此外,磁盘和间隙存在于距离它们的主星恒星的很宽的距离范围内,从几个AU到超过100个AU,这是海王星距太阳的距离的三倍多。

这些特征可能是大型行星的印记,可以解释岩石地球大小的行星是如何形成和生长的。几十年来,天文学家对行星形成理论的一个主要障碍感到困惑:一旦尘埃物体长到一定大小 - 直径大约一厘米 - 光滑原行星盘的动力学会诱使它们落入它们的主星从来没有获得形成火星,金星和地球等行星所需的质量。

我们现在用ALMA看到的密集的尘埃环将为岩石世界的完全成熟提供一个安全的避风港。它们较高的密度和尘埃粒子的浓度会在盘中产生扰动,形成多个区域,其中星子将有更多的时间长成完全成熟的行星。

“当ALMA通过其标志性的HL Tau图像真正展示其能力时,我们不得不怀疑这是否是一个异常值,因为磁盘相对庞大而年轻,”Pérez说。“这些最新的观察表明,虽然引人注目,但HL Tau远非罕见,实际上可能代表了年轻恒星周围行星的正常演变。”

国家射电天文观测台是美国国家科学基金会的一个设施,由Associated Universities,Inc。合作协议运营。

这项研究在接受天体物理学杂志快报的以下论文中提出。

“高角度分辨率项目的磁盘子结构(DSHARP):I。动机,样本,校准和概述:S。Andrews,et al。[ https://arxiv.org/abs/1812.04040 ]
“高角度分辨率项目的磁盘子结构(DSHARP):II。环形子结构的特性,”J. Huang,et al。[ https://arxiv.org/abs/1812.04041 ]
“高角度分辨率项目的磁盘子结构(DSHARP):III。在Elias 27,IM Lup和WaOph 6磁盘的毫米连续体中的螺旋结构,”J. Huang,et al。[ https://arxiv.org/abs/1812.04193 ]
“高角度分辨率项目的磁盘子结构(DSHARP):IV。表征多星系统周围磁盘的子结构和相互作用,”N。Kurtovic,et al。[ https://arxiv.org/abs/1812.04536 ]
“高角度分辨率项目的磁盘子结构(DSHARP):V。根据尘埃模型解释原行星盘的ALMA图”T. Birnstiel,et al。[ https://arxiv.org/abs/1812.04043 ]
“高角度分辨率项目的磁盘子结构(DSHARP):VI。薄环状原行星磁盘中的灰尘捕获”,C。Dullemond,et al。[ https://arxiv.org/abs/1812.04044 ]
“高角度分辨率项目的磁盘子结构(DSHARP):VII。行星 - 磁盘相互作用解释”S. Zhang,et al。[ https://arxiv.org/abs/1812.04045 ]
“高角度分辨率项目的磁盘子结构(DSHARP):VIII。AS 209磁盘中的丰富环状子结构,”V,Guzmán,et al。[ https://arxiv.org/abs/1812.04046 ]
“高角度分辨率项目的磁盘子结构(DSHARP):IX。HD 163296行星形成盘的高清晰度研究”A. Isella,et al。[ https://arxiv.org/abs/1812.04047 ]
“高角度分辨率项目中的磁盘子结构(DSHARP):X。多个环,未对齐的内盘和T Tauri Star HD 143006周围磁盘中的明亮弧
(编辑:芜湖教育 老翁)