恒星盤 行星形成的兩種解釋：它的形成過程是怎樣的？科學(xué)家這樣解釋
恒星誕生時(shí)，密集的星際物質(zhì)云團(tuán)在自身引力作用下坍塌，旋轉(zhuǎn)成最終卷成嬰兒星的扁平的圓盤。現(xiàn)在，在一顆如此年輕的原恒星周圍，首次發(fā)現(xiàn)了行星形成的蛛絲馬跡，殘留的塵埃和氣體云仍在向它坍塌，圓盤仍在形成的過程中。
這是最早在原恒星環(huán)中發(fā)現(xiàn)這樣的結(jié)構(gòu)，它表明行星的形成比我們想象的要早，甚至早于新生系統(tǒng)50萬年的歷史。
這顆年輕的原恒星被稱為IRS63，它位于470光年外的蛇夫座恒星形成區(qū)——這是一座恒星苗圃，那里的塵埃足夠厚，可以形成最終生成成恒星的旋轉(zhuǎn)的團(tuán)塊。
文章插圖
蛇夫座星云復(fù)合體
IRS63屬于恒星形成過程中的一級(jí)星，只有不到50萬年的歷史。它已經(jīng)完成了主要的吸積階段，擁有了大部分的終極質(zhì)量；毫米的波長讓它光芒耀眼，它也是同類星中最亮的原恒星之一。
此外，IRS63有一個(gè)大圓盤，可以延伸到大約50個(gè)天文單位。這些特性加上它的可及性，使該天體成為研究恒星和行星形成的絕佳目標(biāo)。
文章插圖
蛇夫座恒星形成區(qū)（圖片來源：歐洲南方天文臺(tái)/數(shù)字化天空調(diào)查2）
德國馬克斯?普朗克地外物理研究所的天文學(xué)家多米尼克?塞古拉-考克斯（DominiqueSegura-Cox）領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)利用智利的阿塔卡馬大型毫米波/亞毫米波陣列——這種射電望遠(yuǎn)鏡在探測早期行星形成方面有著絕佳的表現(xiàn)——對(duì)這顆恒星及其周圍的塵埃云進(jìn)行了仔細(xì)的觀察。
【 恒星盤|行星形成的兩種解釋：它的形成過程是怎樣的？科學(xué)家這樣解釋】
文章插圖
阿塔卡馬大型毫米波/亞毫米波陣列
在那里，漩渦狀的圓盤中，研究小組發(fā)現(xiàn)了一個(gè)驚喜：以原恒星為中心的兩個(gè)黑暗的同心空隙——天文學(xué)家們認(rèn)為這是行星形成的標(biāo)志。
行星的形成是一個(gè)鮮為人知的過程。最普及的模型是核心吸積——圓盤中的灰塵顆粒逐漸積累，首先通過靜電粘附在一起，然后隨著自身的增大通過引力吸附在一起。當(dāng)這種情況發(fā)生時(shí)，原行星沿它的軌道將所有物質(zhì)卷起來，從而在環(huán)形星盤上形成空隙。
在我們以足夠高的分辨率拍攝的幾乎所有光盤中，都檢測到了這種空隙。但是這個(gè)模型存在一個(gè)大問題——行星以這種方式形成需要很長時(shí)間，而年齡超過100萬年左右的原恒星盤似乎沒有足夠的物質(zhì)來形成已知的系外行星群。
天文學(xué)家們發(fā)現(xiàn)了超過35個(gè)100萬年左右的二級(jí)原恒星系統(tǒng)，它們已經(jīng)失去了大面積的塵埃云，但其中仍有原恒星盤和活動(dòng)明顯的空隙。它們?cè)谛纬傻?00萬年中就生成如此發(fā)達(dá)的空隙，表明恒星在這個(gè)年齡段時(shí)，行星的形成過程正在有條不紊地進(jìn)行著。
文章插圖
銀河系A(chǔ)2744-YD4藝術(shù)渲染圖
如果多米尼克?塞古拉-考克斯（DominiqueSegura-Cox）和她的團(tuán)隊(duì)檢測到的這種結(jié)構(gòu)是由行星創(chuàng)造的，那么這個(gè)結(jié)果就會(huì)支持上述想法，并為原恒星盤的質(zhì)量流失問題提供一個(gè)解決方案。
研究人員在論文中寫道：“最近對(duì)二級(jí)圓盤的塵埃質(zhì)量測量也表明，在從小于0.1到100萬年的時(shí)間尺度上，如果極大的質(zhì)量被鎖定在行星星體中，那么這種現(xiàn)象就解釋了我們觀察到的塵埃消耗。”
與這些二級(jí)圓盤中的空隙相比，IRS63周圍圓盤中空隙的對(duì)比度較低，表明它們含有更多的物質(zhì)。因此，從上述空隙中推測到的原行星正處于較早的發(fā)育階段。
文章插圖
（圖片來源：塞古拉-考克斯及其團(tuán)隊(duì)，《自然》2020年）
研究小組還計(jì)算了造成他們所看到的空隙所需的潛在原行星的質(zhì)量。距離恒星19個(gè)天文單位的那個(gè)較近的空隙，應(yīng)該是由一個(gè)質(zhì)量為木星的0.47倍的天體創(chuàng)造的。而距離恒星37個(gè)天文單位的那個(gè)較遠(yuǎn)的空隙，則是由一個(gè)質(zhì)量為木星的0.31倍的天體創(chuàng)造的。
這樣的質(zhì)量已是估值的上限，但即使是稍低的估計(jì)值也已經(jīng)是極大的天體了——畢竟地球的質(zhì)量只有木星的0.003倍。這實(shí)在出人意料，因?yàn)樵谖覀兊男行悄Ｐ椭校绱搜杆俚奈e過程面臨著巨大的障礙。
研究人員指出，另一種可選的解釋是行星尚未開始形成。相反，這些空隙可能是由一種被稱為徑向漂移的現(xiàn)象造成的：圓盤中的氣體產(chǎn)生阻力,使塵埃和巖石顆粒失去角動(dòng)量,開始向恒星漂移。這實(shí)際上被認(rèn)為是行星形成的障礙，因?yàn)樾行堑男纬伤俣纫葟较蚱瓶臁?/p>
推薦閱讀
- 紅包 兩人的感情真好！《創(chuàng)4》龔俊透露張哲瀚發(fā)紅包讓他給吳宇恒撐腰
- 引力 太陽系邊緣真的存在第九大行星，而且它是一顆胡柚般大的黑洞嗎
- 恒星 190光年外，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)一顆比宇宙還古老的恒星，怎么回事？
- 黑洞 白矮星、中子星、黑洞，并非恒星最終結(jié)局它們還將各自演變！
- 盾牌座 比大犬座更大的恒星光在表面飛行需要9小時(shí)能容納45億個(gè)太陽
- 閃電 太陽系的其他行星上也有閃電嗎？
- 紅矮星 最小的恒星有多小？
- 地球 太陽系最“高冷”的行星：天王星究竟有多懶？
- 小行星 嫦娥五號(hào)被超越？日本宣布喜訊：3億公里外的“孩子”回到地球了
- 旋轉(zhuǎn)臂 行星、恒星、星系都在旋轉(zhuǎn)，宇宙是否也在旋轉(zhuǎn)宇宙微波給出答案