環狀盤不再是行星的專屬

環狀盤不再是行星的專屬

上圖是由阿塔卡瑪毫米/亞毫米波陣列望遠鏡拍攝得到的,圖像顯示的是恆星HL Tau周圍塵埃盤中的幾個間隙。2014年該圖被當作是正在形成中的行星的典例公佈出來時,天文學家們都震驚了,但是這時候其他一些科學家擔心這種間隙可能並不是來自於嬰兒行星的。

天文學家通過望遠鏡觀測星系的時候,不斷地發現年輕恆星周圍有環狀的塵埃盤。最具代表性的可能就是拍攝到的恆星HL Tau的圖像。這顆恆星形成了大概只有100萬年,被一個包含幾條清晰的間隙的巨大塵埃盤環繞著。這些間隙似乎來自於行星的形成期,因為在形成的過程中,行星會不斷掃除塵埃,並清空軌道。但是如果這些塵埃盤並不是表面看上去的這樣呢?

Alexander Richert(美國賓夕法尼亞州立大學和美國宇航局戈達德太空飛行中心)、Wladimir Lyra(美國加利福尼亞州立大學北嶺分校和加州理工學院)和Marc Kuchner(美國宇航局戈達德太空飛行中心)新近的幾項模擬顯示,星光、塵埃和氣體靠相互作用可能會自行形成這些圖像,而不一定要有行星的參與。

這個團隊使用了美國宇航局的超級計算機群來模擬當一顆年輕恆星的紫外線和它的塵埃盤相互作用時會發生什麼。紫外線光子會從塵埃中激發出電子,這一過程會加熱周圍的氣體,氣體的溫度越高,壓力也就會越大。如果氣體足夠緻密,壓力的改變就會在塵埃盤中產生“壓力阱”,然後拖拽著塵埃形成環、旋臂和弧。

“塵埃加熱氣體,氣體推動著塵埃。” Kuchner總結道。這種被稱為“光電不穩定”的效應能夠解釋一些奇怪的現象,比如顯微鏡座中塵埃盤內為何會有“移動的小光點”,恆星HD141569A周圍的環和弧是怎麼回事。

當天早些時候,Joan Najita(國家光學天文臺)就提出,在一些條件下,這些盤的外部特徵可以歸因於“冰”。水、二氧化碳和其他可揮發的化合物在靠近恆星的時候是氣態的,但是在遠離的時候會凍結成“冰”。每種揮發物都會在距離恆星不同的距離上凍結,這個距離就稱作雪線。

Najita指出Katrin Jos和Anders Johansen(瑞典隆德大學)的工作證明了,當雪線內的蒸氣反向擴散出雪線時可能會攜帶有小的塵埃顆粒。當蒸氣在遠處再次凝結時,該揮發物會附著在已經存在的顆粒上,並吸引塵埃(被稱為星子的行星基本組成要素)不斷聚集起來。在這樣一副圖景中,環就可能在雪線位置形成,恆星的亮度和吸積率不同,星系中塵埃盤內的環也會有所差別。

如果一個星系中塵埃盤的間隙都如預計的那樣落在雪線位置,那麼這可能就暗示著環和間隙形成的根本原因在於“冰”,她說道。事實上,恆星HL Tau的環確實與星系中不同的雪線相對應——這或許解釋了為什麼天文學家在間隙中尋找行星時會遇到麻煩。但是這也不是簡單的二選一:如果氣體物理狀態變化的過程能夠促進盤中星子的聚集,就還是會牽涉到行星的形成,儘管是間接的。不管怎樣,越來越清楚的是,有環的盤並不總是意味著裡面藏著一顆行星。

原文鏈接:http://www.skyandtelescope.com/astronomy-news/ringed-disks-dont-always-mean-planets/


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