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研究称太阳曾经有尘埃环,阻止"超级地球"形成

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1月12日消息,美国最新研究显示,在地球和太阳系中的其他行星形成之前,太阳曾经被类似于土星的巨大尘埃环所围绕。

美国宇航局(NASA)认为,这些尘埃环可能阻止了地球成长为“超级地球”,即体积大约是地球两倍,质量高达10倍的巨大行星。天文学家发现,银河系中约30%的类日恒星有超级地球围绕其运行。

图1:阿塔卡玛大型毫米波/亚毫米波天线阵拍摄的假彩色图像,显示名为HD163296的年轻恒星(不是太阳)周围有尘埃环围绕

超级地球在许多恒星系统中出现,给天文学家带来了很多悬而未决的问题。美国莱斯大学的天体物理学家安德烈·伊齐多罗(André Izidoro)在声明中提出疑问:“如果超级地球十分常见,为什么我们太阳系没有超级地球呢?”

为了找出这个问题的答案,伊齐多罗和他的同事们创建了一个太阳系形成的计算机模型,该系统是从被称为太阳星云的尘埃和气体坍缩云团灰烬中形成的。

伊齐多罗等人的模拟表明,“压力凸点”(或称气体和尘埃的高压区域)会包围着初生的太阳。这些高压区域很可能是粒子在强大引力作用下向太阳移动,加热并释放出大量蒸发气体时产生的。

模拟显示,固体颗粒蒸发成气体时(被称为升华线)可能会产生三个不同的区域。在离太阳最近(或最热)的区域,固体硅酸盐变成了气体;在中间区域,冰被加热到足以变成气体的程度;在最远的区域,一氧化碳变成了气体。

伊齐多罗等人发现,像灰尘这样的固体颗粒有时候会撞上这些“凸点”,并开始累积并形成环。莱斯大学物理学和天文学副教授安德里亚·伊塞拉(Andrea Isella)是该研究的合著者,他在声明中说:“压力凸点帮助收集了尘埃颗粒,这就是为什么我们会看到光环的原因。”

如果不存在这些“压力凸点”,太阳就会迅速吞噬这些粒子,不会留下任何行星形成的种子。伊塞拉说:“肯定有某些东西阻止了太阳吞噬,以便让行星有时间形成。”

图2:这可能是展示了我们太阳系结构的光环图

随着时间的推移,围绕太阳的气体和尘埃逐渐冷却,“升华线”逐渐靠近太阳。这个过程使得尘埃积累成小行星,或小行星大小的行星种子,然后它们可能聚集在一起形成行星。伊齐多罗说:“我们的模拟表明,压力凸点可以浓缩尘埃,而移动的压力凸点可以起到小行星工厂的作用。”

伊齐多罗在声明中表示,压力凸点调节了太阳系内层可用于形成行星的物质的数量。根据模拟,距离太阳最近的环形成了内太阳系行星,即水星、金星、地球和火星。中间的环最终成为外太阳系行星,而最外层的环形成了柯伊伯带(海王星轨道以外的区域)中的彗星、小行星和其他天体。

更重要的是,研究人员发现,如果他们在模拟中推迟了中环形成的时间,那么超级地球可能就会在太阳系中形成。对此,伊齐多罗说:“在这些情况下形成压力凸点的时候,大量的物质已经侵入了内部系统,可以形成超级地球。因此,这个中部压力凸点形成的时间可能对太阳系的构成至关重要。”(小小)

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