泄露大质量行星踪迹的原行星盘漩涡

[ 录入者:gohomeman1 | 时间:2016-01-30 15:56:52 | 作者:gohomeman1 译 | 来源:哈勃官网 | 浏览:1851次 ]

原文标题:Spirals in Dust Around Young Stars May Betray Presence of Massive Planets

原文作者:董若冰,朱照寰;Ray Villard

来自:哈勃官网; 发表时间:2015.10.29

翻译:gohomeman1  审校:数星星的猫(编译版权所有,未经许可请勿转载)

2015.10.29:一个天文学家小组提议,在某些只有几百万岁(仅为太阳年龄的1%)的年轻恒星周围发现的巨大漩涡,可能是看不见的气态巨大行星的存在证据。这个建议不但开启了搜寻系外行星的新方法,还让我们得以一窥行星诞生的早期岁月。虽然迄今天文学家已经编录了数千颗系外行星,但行星诞生的最早期时代还是难以捉摸,因为最初的星子深嵌在环绕新生恒星的薄饼状气体尘埃盘(拱星盘)中。通过对新生恒星周围气体尘埃盘的计算机模拟演化得出结论,行星可能通过对拱星盘大尺度结构的影响而泄露其存在证据。

VLT获得的MWC 758原行星盘图像。大图:736KB,版权:NASA,ESO;研究者团队,下同。

欧洲南方天文台(ESO)的甚大望远镜(VLT)上安装的高对比度光谱偏振法系外行星搜索仪(SPHERE)拍摄的MWC 758图像。单色图像配了红色,中央恒星所在位置由星冕仪遮蔽(否则行星盘根本看不见)。该恒星位于金牛座,离我们约650光年;天球坐标:赤经05时30分27.53秒,赤纬25°19′57.08″。图中的距离单位AU 是天文单位,相当于地球到太阳的平均距离。

通过对新生恒星周围气体尘埃盘的计算机模拟演化得出结论,行星可能通过对拱星盘大尺度结构的影响而泄露其存在证据。上述结论由两名美国宇航局的哈勃研究员(NASA Hubble Fellows)提出,他们分别是美国劳伦斯—伯克利国家实验室的董若冰、普林斯顿大学的朱照寰(姓名根据报告的中文签名,从2015年起paper可以签中文名,以前只有拼音,译注)。他们各自的研究报告刊登在2015.8.5出版的《天体物理学通讯》上。

董若冰解释道:“在年轻恒星的明亮盘面内搜寻可疑行星是很难的。但是基于本项研究,我们相信行星可以通过引力改变盘面结构。因此,如果你能在盘面中发现特征结构,并确信它们是由看不见的行星造成的,它就可成为行星诞生的确凿证据。”

辨识由行星导致的大尺度特征提供了探测行星存在的新途径,而且明显有别于当前使用的探测技术(主要是凌星法、径向速度法,译注)。该方法能帮助天文学家发现正在形成的恒星,并提供它们是在何时、何地、如何诞生的。

PDF插图,6个木星质量的大行星(绿点)产生的旋臂,从上到下为3个不同行星距离参数的模型,左边是密度波,中间是原始图像,右边是效果增强图像。距离单位AU是天文单位。

盘面中的缝隙、环意味着嵌入其中的不可见行星。不过,由行星引力清扫出来的环缝,常常无助于确定行星的具体位置;而且,因为多个行星可以共同产生一个公共环,所以确定行星的数量、质量是极大的挑战。

地面望远镜已经在2个年轻恒星SAO 206462 和 MWC 758周围,分别拍摄到一对大尺度旋臂结构,还有几颗近邻恒星表现出小规模的类似旋臂。董若冰补充说:“它们到底是如何产生的,至今仍是巨大的谜团。为解释这些现象,科学家度日如年。”假如盘面质量很大,它的自身引力就足以导致不稳定并产生波浪状结构(类似旋涡星系,译注)。但是,围绕在SAO 206462和MWC 758周围的行星盘,质量大约只有中央恒星的几个百分点,完全不够格产生旋臂。

于是2人团队开发了计算机模型,以模拟行星盘的动力学状况,以及在嵌入行星的盘中恒星辐射是如何传播的。模型产生了与观测非常接近的旋臂结构,行星与盘面的引力相互作用产生了气体尘埃密度增加区,就像拥挤的高速公路上的车流密集区一样。盘面不同区域绕恒星的转速不同(所谓“较差旋转”)使得高密度区传播为旋臂结构(这点也与塞车区慢慢移动类似,译注)。朱照寰接着说:“虽说此前也猜测过的行星能产生旋臂,我们现在可以说知道如何产生了。”

朱照寰继续:“模型还显示,旋臂能提供不可见行星的丰富信息,不光有它的位置,还有其质量。”模型显示,没有(大)行星存在的盘面将是平滑的。要产生和SAO 206462和MWC 758系统类似的大规模旋臂,行星需要很大,至少相当于太阳系中最大行星——木星质量的10倍(有可能是棕矮星,译注)。

1995年发现了第一颗环绕普通恒星的行星,感谢地基望远镜尤其是NASA的开普勒(Kepler)探测项目,我们现在已经编录了几千颗系外行星。但因为这些行星都处于成熟的系统中,已经存在数千万甚至几十亿年,它们几乎不能提供行星如何诞生的直接线索。

软件模拟图像与VLT图像的对比,大图:1.2MB

董若冰总结道:“我们有的是各种行星形成假说,但是基于直接观测证据验证理论的工作却非常少。而现在,如果你看到盘面中存在行星的踪迹,它就能告诉你这颗行星在何时何地、是如何形成的。”

天文学家未来将使用即将发射(预计2018年夏秋,译注)的詹姆斯·韦伯红外空间望远镜,继续探查拱星盘,搜寻理论模型给出的特征,并尝试直接观测导致盘面密度波的预言行星。

Tags:系外行星 旋臂 原行星盘

责任编辑:gohomeman1

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