天文学家破译"北落师门"星环外围尘埃的偏心运动之谜

最新ALMA图像显示北落师门星盘远非均匀结构，其偏心度随距离增加而递减。

近二十年来，天文学家始终对环绕北落师门的奇特尘埃碎片盘感到困惑。这颗距离地球仅25光年的明亮恒星外围，并未出现预期中整齐匀称的星环带，而是呈现出一侧偏移的怪异形态，仿佛恒星本身被推向了一边。这个碎片盘为何能保持数十亿年的不对称状态？借助阿塔卡马大型毫米波/亚毫米波阵列（ALMA）迄今最清晰的观测图像，研究人员终于解开了部分谜题。

该研究首席作者、美国国家科学基金会ALMA项目大使约书亚·贝内特·洛维尔表示："我们的观测首次揭示该星盘的偏心度并非恒定值，而是随距离增加持续递减 —— 这是迄今为止在碎片盘研究中首次获得确凿证实的发现。"

早期模型始终假定北落师门星盘的偏心度（不对称性）是固定值，但这种简单设定无法解释望远镜的实际观测数据：星环西北侧亮度较东南侧高出21%，且东南侧宽度比西北侧宽约4个天文单位（3.71亿英里，约5.97亿公里）。单一固定偏心度模型既无法解释亮度变化，也无法说明宽度不对称现象。

为验证新假设，洛维尔团队构建了偏心度随距离北落师门远近而变化的新型模型。将该模型代入ALMA数据后，呈现出明显的偏心度递减趋势 —— 内圈星盘更为细长，外缘则更接近圆形。这种形态与巨型行星引力塑造周边物质的预测相符，模拟显示该模式可维持4.4亿年以上，与北落师门星系现存年龄一致。这强有力地证明了：自该星系形成初期，就有一颗隐藏的巨大行星在轨道运行中持续塑造星盘结构。

研究团队将传统固定偏心度模型推向极致，通过对比ALMA毫米波数据与詹姆斯·韦伯空间望远镜的红外测绘发现：没有任何固定偏心度模型能同时复现亮度与宽度变化，唯有动态偏心度模型能解释星环特征。

论文合著者、约翰斯·霍普金斯大学研究生杰·奇蒂迪指出："我们无法找到任何固定偏心度模型来解释北落师门星盘的独特特征。通过新旧模型对比，现在我们能更准确解读这个星盘，重构这个动态系统的演化历程与当前状态。"为确保研究透明度，团队还公开了建模代码以供其他研究者应用于类似星系系统。

这项发现不仅解释了单一恒星的尘埃环现象，更为天文学家提供了新的探测手段。碎片盘中的偏心度梯度变化可能成为隐藏行星的"引力指纹" —— 正如海王星在被直接观测到之前就通过引力效应被发现，其他恒星系的隐藏行星或许也会首先通过周边尘埃的形态特征显露踪迹。

但该研究仍存在局限：推测中的行星尚未被直接观测到，且尘埃碰撞、星环内部自引力等其他过程也可能影响结构。为进一步验证发现，研究人员已获得ALMA的追加观测机会，将对星盘进行更精细测绘，以期确认偏心度梯度变化并寻找关于行星本身的更直接证据。

本研究成果分两篇论文发表。

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