新图像显示了一个巨大行星诞生的激动时刻

新图像显示了一个巨大行星诞生的激动时刻

在530光年之外,一团由尘埃和气体组成的漩涡状、扭曲的云团并不仅仅是一个喧嚣的奇观。对于行星如何从微小的颗粒成长为巨大的球体,这是一个新的谜题,天文学家获得了围绕年轻恒星AB Aurigae的原行星盘令人惊叹的新近红外图像。这些图像显示了研究人员认为是由尘埃聚集的行星引起的螺旋扰动。
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(ESO/Boccaletti et al.)

在530光年之外,一团由尘埃和气体组成的漩涡状、扭曲的云团并不仅仅是一个喧嚣的奇观。对于行星如何从微小的颗粒成长为巨大的球体,这是一个新的谜题,天文学家获得了围绕年轻恒星AB Aurigae的原行星盘令人惊叹的新近红外图像。这些图像显示了研究人员认为是由尘埃聚集的行星引起的螺旋扰动。

研究人员在论文中写道:“在行星形成的早期阶段,流体动力学模拟表明,吸积过程在行星位置产生内外螺旋模式,这是由于盘状行星相互作用引起的林德布拉德共振。”“虽然这一关键步骤已被理论著作很好地记录下来,但观测证据很少,也不是完全结论性的。”

这些新图片是我们所见过的这个过程中最好的一些,行星的形成是一个迷人的过程,首先,恒星需要形成,形成一个巨大的由尘埃和气体组成的圆盘。当这个过程完成后,天文学家认为剩余的盘状物开始聚集在一起,形成在行星系统中发现的其他块状物质——小行星、彗星、矮行星,当然还有行星,首先,静电力使微小的冷物质聚集在一起,然后,当这些团块变大时,它们开始产生足够的引力来吸引更多团块,形成一个密度大、结构紧凑的物体。

在这个过程中,尘埃粒子围绕形成行星的轨道受到扰动,其轨道形状变得椭圆形,在最近点和最远点之间产生振荡,如果这种振荡是粒子轨道周期的倍数,它就会产生一种共振——称为林德布莱德共振——应该会产生一种螺旋图案,天文学家认为,这种共振是大质量星系的旋臂形成的原因。但是,宇宙中明显大的东西往往也明显小,我们已经在土星环中看到了同样的物理现象,在形成行星的周围也应该可以观察到。

除此之外,原行星盘不容易被观察到。它们离我们很远,而且它们的恒星发出的光常常太亮,以至于掩盖了一些可能揭示行星形成过程的细微特征,这就是AB Aurigae发挥作用的地方。它是同类恒星中离我们最近的恒星之一——非常年轻,不到1000万年,被一个厚厚的原行星盘包围着,2017年,阿塔卡马大型毫米/亚毫米阵列(ALMA)的观测结果显示,粗糙的螺旋形状可能是非常抢手的行星形成特征。

因此,一个国际天文学家小组进行了更近距离的观察。在2019年12月和2020年1月,他们利用连接在智利甚大望远镜上的球体设备,以近红外的方式对AB Aurigae进行了高对比度观测,这就形成了我们所见过的恒星最深处的图像,从较小的尘埃中捕捉到微弱的光线,并且,结合早期的ALMA数据,这些数据揭示了原行星盘中的s型扰动,它看起来很像我们期望看到的螺旋密度波,从一个吸积的原行星传播而来。

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(ESO/Boccaletti et al.)

上图:AB Aurigae周围的圆盘;右边是放大后的中心部分。

来自法国波尔多天体物理实验室的天文学家Anne Dutrey说:“从行星形成的一些理论模型中,我们可以预见到这种扭曲。”“它对应于两个螺旋的连接——一个向内缠绕在行星的轨道上,另一个向外扩张——这两个螺旋在行星的位置连接在一起。”它们允许来自圆盘的气体和尘埃聚集到正在形成的行星上,并使其生长。”

这颗被认为是原行星的行星似乎是在离其恒星的距离大致相当于海王星离太阳的距离处形成的。它的确切大小很难测量,但研究小组根据之前的计算估算出它的吸积率大约是木星的4到13倍,这还不是一个完全确定的结果,但它确实表明AB Aurigae是一个有希望的后续观测的候选对象,目前正在建造更强大的望远镜。

这些可以证实我们所看到的确实是一颗正在形成的巨大行星,并且可以更精确地计算它的质量。

这项研究发表在《天文学与天体物理学》杂志上。

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