圍繞原恆星的奇怪環表明行星的形成比想像的要早

2020-11-07 流芳科學

一項新的研究發現，在一顆新生恆星周圍發現的環可能暗示著行星的誕生比先前認為的要早。恆星由濃密的雲層產生，濃密的雲層在重力的作用下自行坍塌。隨著新生恆星或原恆星周圍的氣體和塵埃覆蓋層隨著時間的流逝而縮小，圍繞它的盤會形成，這會引起幼小的行星或原行星。

  • 年齡小於500,000年的IRS 63原恆星周圍的年輕行星狀塵埃環的ALMA圖像。圖片：©©MPE / D.Segura-Cox數據來源：ALMA（ESO / NAOJ / NRAO））

研究的主要作者，德國加興馬克斯·普朗克外星物理研究所的天文學家多米尼克·塞古拉·科克斯說：「行星是由盤中原恆星周圍的塵土物質形成的。這些磁碟上的環圈顯示出灰塵堆積的位置，從而更容易粘在一起形成一顆年輕的行星。」先前的研究發現，距金星座大約100萬年之久的原恆星周圍的盤狀環和間隙，例如距地球約450光年遠的HL Tauri。

年輕的恆星，年輕的行星？

在這項新研究中，天文學家調查了IRS 63，這是一顆位於天牛座約470光年的原恆星。先前的研究發現，這顆原恆星的歷史不到500,000年。之所以選擇IRS 63，是因為它比HL Tauri還要年輕，並且是該年齡段最親近，最聰明的原星之一。IRS 63周圍環繞著旋轉的氣體和塵埃盤，對於年輕的恆星來說，它相對較大，其寬度超過50個天文單位（AU）。 磁碟的大小與我們自己的太陽系非常相似。即使原恆星的質量也比我們太陽的質量少一點。

  • IRS 63塵埃盤上的環和間隙與IRS 63塵埃盤在相同比例和方向上與我們自己太陽系中的軌道草圖進行比較。環的位置類似於太陽系中物體的位置，其內環的大小約為海王星軌道的大小，外環的大小略大於冥王星的軌道。（圖片來源：©MPE /D。Segura-Cox資料來源：ALMA（ESO / NAOJ / NRAO））

科學家們使用世界上最強大的射電望遠鏡智利的Atacama大毫米/亞毫米陣列（ALMA）分析了IRS 63的磁碟。他們發現它具有兩個黑色的同心環，似乎是將磁碟分成兩個明亮的同心環的間隙。很高興看到如此年輕的原恆星周圍的盤中有如此清晰的環。最裡面的間隙距磁碟中心的距離為19 AU，寬度為3.2 AU，最外面的間隙距磁碟中心的距離為37 AU，寬度為4.5 AU。最裡面的亮環距離磁碟集線器27 AU，寬6 AU，最外面的亮環距離磁碟核心51 AU，寬13 AU。所有條件都適合在IRS 63磁碟上形成行星。

如果這些間隙是由於原行星在繞IRS 63的過程中通過IRS 63磁碟的氣體和塵土而刻劃而引起的，那麼研究人員估計，最裡面的間隙是由新生世界近一半的木星質量造成的，而最外面的間隙是由木星的質量造成的。一顆新生行星的結果是木星質量的近三分之一。IRS 63磁碟上的環太小了。我們曾經以為恆星首先進入成年期，然後才是後來的行星之母，但是現在我們看到，原恆星和行星像兄弟姐妹一樣從早期就一起成長和進化。

他們是小行星嗎？

科學家指出，先前的研究表明，原恆星盤中可能會形成間隙，這並非由原行星引起的。例如，磁碟的氣體會在空氣上施加空氣動力阻力，而灰塵會在氣體上施加動力阻力，從而導致出現間隙。塞古拉-科克斯認為很多人會說僅僅因為有環，這並不能證明已經形成了行星。並不是聲稱要發現最年輕的行星；這是需要嘗試尋找的下一個目標。有了這個結果表明，形成行星的所有必要條件都非常早就到位了，在那個時代，原恆星本身仍然會從其較大規模的母雲中積聚大量的質量。

  • 蛇夫座分子雲的密布L1709區域，由赫歇爾太空望遠鏡測繪，它圍繞並向較小的IRS 63原恆星和行星形成盤（由黑色x標記）提供物質。 （圖片來源：©MPE /D。Segura-Cox資料來源：ALMA（ESO / NAOJ / NRAO））

展望未來，我們需要考慮一起開始的恆星和行星形成，這意味著我們的科學家必須改變我們關於早期行星形成是如何開始的假設。在這項新研究中，科學家將注意力集中在IRS 63周圍的塵埃上。接下來，他們將檢查那裡的氣體。IRS 63磁碟周圍的氣體質量比灰塵大100倍。分析氣體和塵埃將更好地了解磁碟如何圍繞原恆星形成和演化。

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