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一张遥远恒星系统中行星形成盘的实际图像,蕴藏了行星形成的秘密

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2017,天文学家们用ALMA阵列来观测御夫座AB星,它是一种叫做赫比格 Ae型的年轻恒星,年龄还不到1000万年。当时,他们在那里发现了一个尘土飞扬的原行星盘,上面的间隙显示了旋臂。

现在天文学家又观察了一眼,发现了一颗非常年轻的行星正在那里形成。

像御夫座AB星这样的年轻恒星是天文学家非常感兴趣的。因为它们太年轻了,以至于还不是主星序恒星,它们仍然被由气体和尘埃组成的环星盘所包围。从这些气体和尘埃中,年轻的行星正在形成。

御夫座AB星周围的圆盘,距离我们500光年远,有螺旋状的臂结在一起。科学家认为,这些结是年轻行星形成的精确点。一项新的研究使用了超大型望远镜(VLT)上的球体(光谱偏振高对比度系外行星研究)仪器来仔细观察御夫座AB星及其盘内发展的行星。这篇论文发表在《天文学和天体物理学》杂志上。

到目前为止,天文学家已经确认了数千颗系外行星,但对它们的形成方式知之甚少。观察年轻的、仍在形成中的行星现在在天文学中是一件大事,但这很困难。因为围绕恒星的恒星盘很难被观察到,即使是用我们最好的技术也很难完成这项任务。

所以VLT的球形仪器对这项工作至关重要。这是一个先进的自适应光学系统,结合了冠状图。它是为推进系外行星的研究而开发的,具有低分辨率的光谱和旋光图像,可在光学和红外线中成像。该仪器使得这项研究的团队能够专注于行星形成的早期阶段。

御夫座AB绕星盘的旋臂在那里相遇的那个扭曲的结,这些螺旋线预示着一个婴儿星球的诞生。这是因为行星的质量会对圆盘中密度较低的气体和尘埃产生影响。从本质上讲,这颗行星将物质推入圆盘,形成一个可见的波:螺旋波。年轻的行星会以波的形式在圆盘中产生扰动,有点像湖面上的船的尾迹。当年轻的行星绕着中心恒星旋转时,这些扰动就变成了旋臂。

在论文中,作者提醒我们,他们仍在研究围绕年轻恒星的环星面纱内部的情况。还处于观察这些结构的早期阶段,他们还不能确定这个扭曲是否是一个行星。VLT的球体仪器在散射光中提供了AB极光所获得的最深图像。在许多尚待了解的结构中,科学家不仅确定了内旋臂,而且还解决了一个特征,即东旋臂在约30 au的间隔处发生扭曲。他们确定这是个行星吗?不完全正确,但扭曲特征与造型匹配。但当考虑到投影效应时,用行星驱动的密度波模型完美地再现了螺旋的扭曲。

这种扭曲来自于行星形成的一些理论模型,它对应于两个螺旋的连接——一个在行星轨道的内部缠绕,另一个向外膨胀——它们在行星的位置接合。它们允许来自圆盘的气体和尘埃积聚到正在形成的行星上,并使其生长。

有足够的理论支持行星在转折点的诞生。在行星形成的早期阶段,流体动力学模拟表明,由于行星盘相互作用引起的林德布拉德共振,吸积过程在行星位置产生内外螺旋模式。但是,支持这一切的观察证据却很难获得。这项研究提出了一些迄今为止最好的观察结果来支持这一理论。

在他们的结论中,作者写道:“……在散射光中对御夫座AB的球面仪器观测与热状态下的ALMA数据相结合,提供了强有力的证据,证明我们实际上看到了由其相关的旋臂所揭示的正在进行的行星形成。但还需要进一步的观测来证实这一结果,并为这个位置的潜在行星得出更好的质量估计。”

这些进一步的观察在未来可能不会太远。ESO的超大望远镜(ELT)将在2025年迎来第一缕曙光。有了这39米的反射镜,ELT将极大地提高我们的天文观测能力。我们应该能够更直接、更精确地看到气体的动力学如何促进行星的形成。

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