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惊人的ALMA射电望远镜影像揭示了行星诞生的秘密

20个原行星盘
ALMA捕获了20个原行星盘的高分辨率图像,揭示了表明行星形成可能始于年轻的结构。
图片:©S.Andrews et al./N.Lira/ALMA(ES)/ NAOJ / NRAO)

解决行星形成背后的谜团有了新的动力-支持行星的照片令人惊叹。 

阿塔卡马大型毫米/亚毫米阵列 (ALMA)绘制了20个附近恒星周围的行星形成区域图,以了解年轻世界的诞生方式。这项新研究包括有史以来最深入的调查之一,即原行星盘,围绕着新生恒星建造行星的气体和尘埃盘。

“这项为期数月的观测活动的目的是寻找原行星盘的结构共性和差异。 ALMA的远见卓识 揭示了以前看不见的结构和意想不到的复杂模式,”哈佛大学-史密森尼天体物理学中心(CfA)的首席研究员肖恩·安德鲁斯(Sean Andrews) 在声明中说。安德鲁斯与他的同事一起研究了近两打附近的磁盘。他们在磁盘中发现了许多可以屏蔽岩石世界增长的子结构。

安德鲁斯说:“这些高度多样化的小尺度特征最令人信服的解释是,有看不见的行星与磁盘材料相互作用。” [认识ALMA:巨型射电望远镜拍摄的惊人照片]

迅速启动的行星形成

当重力将一团尘埃和气体聚集成新的太阳时,便会形成恒星。剩下的碎片落入恒星周围的原行星盘中。在领先的车型下 行星形成,磁盘中的灰尘和气体逐渐堆积在一起,形成更大的结构,例如小行星,小行星,最终是行星。这个过程需要花费数百万年的时间,因此在较旧,更成熟的系统上,行星形成的疤痕应该最明显。在ALMA之前,确定这些磁盘的功能是一个挑战。

有了第一个全功率图像,ALMA似乎打算证明天文学家的理论是错误的。 2012年,天文学家发布了一颗百万岁恒星HL Tau周围的圆盘图像,该图像显示出一些凹槽,表明行星的形成早于预期。 

“当ALMA通过其标志性形象真正展现其功能时, 牛头智利大学的天文学家劳拉·佩雷斯(Laura Perez)是这份描述该调查的10篇论文之一的主要作者,他在声明中说:“我们不得不怀疑这是一个离群值,因为该磁盘相对较大且太年轻。”

这张图片命名了许多行星盘,这些盘显示了智利的ALMA射电望远镜探测到的行星诞生的证据。 (图片来源:ALMA(ESO / NAOJ / NRAO),S。Andrews等人; N。Lira)

在“高角度分辨率项目”的“磁盘子结构”(DSHARP)下,ALMA揭示了附近20个原行星盘的高分辨率图像,展示了丰富的磁盘功能,这些功能为新发现哪些最常见和哪些不那么丰富提供了新的见解。研究结果发表在系列论文中,并已在《天体物理学杂志快报》上发表。

根据恒星与太阳的距离,ALMA能够分辨出只有几个天文单位的特征[1天文单位,即AU,等于从地球到太阳的距离,约为9300万英里(1.5亿英里公里)。

这项新的研究表明,同心间隙和窄环之类的特征(如HL Tau周围的斑点)几乎是所有磁盘所共有的。在某些情况下,还会出现大规模的螺旋形图案和弧形特征。磁盘和间隙距恒星的距离范围很广,从几AU到100 AU以上,是太阳和海王星之间距离的三倍。

这些环不仅可以洞悉行星形成的早期阶段,还可以解释 岩石行星 设法生存到成年,这个问题困扰着数十年来的天文学家。一旦小行星成长到大约0.62英里(1公里)的大小,光滑的圆盘将使它们向内朝着其母恒星坠落,在它们成长为像地球这样的岩石行星之前就燃烧了。

2012年HL Tau的标志性图像揭示了盘中的亚结构,暗示行星在恒星形成后迅速形成。新的研究表明,该盘并不罕见,而且早期行星形成可能很普遍。 (图片来源:ALMA(ESO / NAOJ / NRAO))

但是,ALMA揭示的密集环将为巨大的岩石提供一个避风港,使其安全地成长为岩石世界。较高的密度和不同浓度的灰尘颗粒会产生 磁盘中的扰动,形成物质将有时间成为完整行星的区域。

佩雷斯说:“这些最新发现表明,尽管令人震惊,但HL Tau仍远非寻常,实际上可能代表着年轻恒星周围行星的正常演化。”

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