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哈勃发现可能颠覆行星形成模型的原行星

这是一个新形成的大型系外行星 AB Aurigae b 的示意图。 研究人员使用来自哈勃太空望远镜和斯巴鲁望远镜的新档案数据来确认这颗原行星是通过一个称为磁盘不稳定性的强烈而剧烈的过程形成的。 磁盘不稳定性是一种自上而下的方法,与占主导地位的初级吸积模型有很大不同。 在这种情况下,恒星周围的大质量圆盘冷却,重力导致圆盘迅速破碎成行星质量的一个或多个部分。 据估计,御夫座 b 的质量约为木星的 9 倍,绕其主星运行的距离是冥王星与太阳的距离的两倍。 图片来源:美国宇航局、欧空局、约瑟夫·奥姆斯特德 (STScI)

美国宇航局的哈勃太空望远镜通过研究人员所描述的“激烈而猛烈的过程”,对类似木星的原行星形成的直接证据进行了成像。 这一发现支持了一个长期讨论的关于像木星这样的行星是如何形成的理论,称为“磁盘不稳定性”。


正在建设中的新世界嵌入在一个由尘埃和气体组成的原行星盘中,具有独特的螺旋结构,围绕它运行,周围环绕着一颗估计大约有 200 万年历史的年轻恒星。 这大约是我们太阳系形成行星的年龄。 (太阳系目前已有 46 亿年的历史。)

“大自然是聪明的,它可以以多种不同的方式产生行星,”斯巴鲁望远镜的 Thayne Currie 和该研究的主要作者 Eureka Scientific 说。

所有行星都是由起源于恒星​​盘的材料构成的。 木星行星形成的主要理论被称为“核心吸积”,这是一种自下而上的方法,其中嵌入圆盘中的行星从微小的物体中生长出来——大小从尘埃颗粒到岩石——并在它们绕着一个轨道运行时碰撞并粘在一起。星星。 然后这个气态核心慢慢地从圆盘上积聚起来。 相比之下,圆盘不稳定性方法是一种自上而下的模型,其中当围绕恒星的大质量圆盘冷却时,重力会导致圆盘迅速分解成行星质量的一个或多个碎片。

这颗新形成的行星名为 AB Aurigae b,它可能比木星大 9 倍左右,并在 86 亿英里之外围绕它的主星运行——是冥王星与太阳距离的两倍多。 在这个距离上,如果确实如此,一颗木星大小的行星需要很长时间才能通过初级吸积形成。 这导致研究人员得出结论,圆盘的不稳定性使这颗行星能够在如此遥远的距离形成。 它与广泛接受的核心吸积模型对行星形成的预测形成鲜明对比。

产前原行星颠覆了行星形成模型

没有文本/复制标签。 图片来源:T. Currie / Subaru Telescope

新的分析结合了来自两个哈勃仪器的数据:太空望远镜成像光谱仪和近红外相机和多目标光谱仪。 该数据与位于夏威夷莫纳克亚山顶的日本 8.2 米斯巴鲁望远镜最新的行星成像仪器 SCExAO 获得的数据进行了比较。 来自太空和地面望远镜的大量数据已被证明是至关重要的,因为将小行星与与行星无关的复杂盘状特性区分开来非常困难。

“这个系统的解释非常困难,”科里说。 “这就是我们需要哈勃来完成这个项目的原因之一——一张清晰的图像,可以更好地将光与圆盘和任何行星分开。”

大自然本身也伸出了援助之手:围绕着 AB Aurigae 恒星运行的巨大尘埃和气体盘几乎与我们从地球上看到的正面倾斜。

产前原行星颠覆了行星形成模型

斯巴鲁望远镜拍摄的御夫座 AB 星图像,显示了圆盘中的旋臂和新发现的原行星 AB Aur b。 明亮的中央恒星被隐藏,它的位置用星号 (☆) 标记。 显示海王星在太阳系中轨道的大小以提供比例。 图片来源:T. Currie / Subaru Telescope

居里强调,哈勃望远镜的长寿在帮助研究人员测量原行星轨道方面发挥了特殊作用。 他最初非常怀疑 AB Aurigae b 是一颗行星。 哈勃的档案数据与斯巴鲁的影像相结合,证明了他改变主意的转折点。

“我们在一两年内无法检测到这种运动,”科里说。 “哈勃提供了一个时间基线,连同斯巴鲁的数据,持续了 13 年,足以探测到轨道运动。”

亚利桑那大学图森分校和夏威夷斯巴鲁望远镜的 Olivier Guyon 补充说:“这一结果增强了地基和天基观测,我们将通过档案哈勃观测回到过去。” “AB Aurigae b 现在被观察到多个波长,并且出现了一致的图片 – 一个非常可靠的图片。”

该团队的成果发表在 4 月 4 日的 自然天文学.

华盛顿特区卡内基科学研究所的艾伦·巴斯说:“这一新发现有力地证明了一些气态巨行星可以通过盘不稳定机制形成。” “归根结底,引力才是最重要的,因为恒星形成过程的残余物最终会通过引力聚集在一起形成行星,以某种方式或另一种方式。”

了解类木星行星形成的早期阶段为天文学家提供了关于我们太阳系历史的更多背景信息。 这一发现为未来研究原行星盘的化学成分铺平了道路,如 AB Aurigae,包括美国宇航局的詹姆斯韦伯太空望远镜。


一颗距离类太阳恒星很远的巨行星让天文学家感到困惑


更多信息:
Thayne Currie,嵌入在 AB Aurigae 周围很宽的间隔中的木星行星形成的图像, 自然天文学 (2022 年)。 DOI:10.1038/s41550-022-01634-x。 www.nature.com/articles/s41550-022-01634-x

报价单: 哈勃发现了一颗可以推翻行星形成模型的原行星(2022 年 4 月 4 日) 2022 年 4 月 4 日检索自 https://phys.org/news/2022-04-prenatal-protoplanet-upends-planet-formation.html

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