天文学家发现隐藏在尘埃中的未知宝藏

ESA的Herschel太空天文台在这里拍摄的金牛座分子云是一个形成恒星的区域，距离我们约450光年。图像帧覆盖约14 x 16光年，并显示遍及云层的星际物质发出的宇宙尘埃的辉光，揭示出错综复杂的细丝图案，点缀着一些紧凑，明亮的核，即未来恒星的种子。（图像：ESA / Herschel / PACS，SPIRE / Gould Belt调查关键计划/ Palmeirim等。2013)

首次对金牛座恒星形成区域周围年轻恒星周围的原行星盘进行了无偏见的调查，结果发现，具有预示着行星新生的特征的盘数量比预期的要多。

一个国际天文学家团队的一项新研究表明，“超地球”和海王星大小的行星可能围绕年轻恒星形成，其数量比科学家想象的要多得多。

研究人员观察到金牛座一个恒星形成区域中的年轻恒星样本，研究人员发现其中许多恒星被结构包围，最好将其解释为正在形成的看不见的年轻行星所产生的痕迹。这项发表在《天体物理学杂志》上的研究帮助科学家更好地了解我们自己的太阳系是如何形成的。

大约46亿年前，我们的太阳系是旋转的，滚滚滚滚的气体和尘埃围绕着新生的太阳旋转。在早期阶段，这个所谓的原行星盘没有明显的特征，但是很快，它的一部分开始聚集成团的物质-未来的行星。当他们沿着太阳旅行捡拾新材料时，他们长大了，开始将缝隙和环的图案犁入它们形成的圆盘中。随着时间的流逝，尘土飞扬的圆盘逐渐被我们今天所知的相对有序的排列所取代，它由行星，卫星，小行星和偶发的彗星组成。

科学家们基于我们的太阳系如何形成的这种假设是基于对其他恒星周围的原行星盘的观测，这些恒星还年轻到目前正处于行星诞生的过程中。该团队利用智利阿塔卡马沙漠中由45个无线电天线组成的阿塔卡马大型毫米波阵列（ALMA），对金牛座恒星形成区域的年轻恒星进行了一次调查，该恒星距离气体中心只有450光年，只有大量的气体和尘埃云。地球。当研究人员对32颗被原行星盘包围的恒星进行成像时，他们发现其中12颗（占40％）具有环和间隙，根据该团队的测量和计算，这些结构可以用新生行星的存在来最好地解释。

直到最近，原行星盘仍被认为是光滑的薄饼状物体。这项研究的结果表明，某些圆盘更像带孔的甜甜圈，但更经常出现为一系列环。这些戒指可能是由我们看不见的行星雕刻而成的。（图像：凤龙）

该论文的主要作者，博士生冯龙说：“这令人着迷，因为这是系外行星统计首次表明超地球和海王星是最常见的行星类型，与对原行星盘的观测相吻合。”中国北京大学卡夫里天文学与天体物理研究所。

虽然有些原行星盘看起来像均匀的，薄饼状的物体，没有任何特征或图案，但观察到同心明亮的环被间隙隔开，但是由于先前的调查集中在这些物体中最亮的一个，因为它们更容易找到，目前尚不清楚真正具有环和间隙结构的普通磁盘在宇宙中的真实情况。这项研究提出了第一个无偏调查的结果，即目标盘的选择与它们的亮度无关-换句话说，研究人员在选择目标盘进行调查时并不知道它们的任何目标是否具有环结构。

该论文的第二作者，美国宇航局哈勃研究员帕拉·皮尼利亚（Paola Pinilla）说：“以前的大多数观察目的都是用来探测非常巨大的行星的存在，而我们知道这是罕见的，这些行星在明亮的圆盘上刻出了巨大的内孔或间隙。”亚利桑那大学管家天文台。“虽然从某些明亮的盘中推断出了巨大的行星，但对微弱的盘知之甚少。”

该团队还包括UA的月球和行星实验室的Nathan Hendler和Ilaria Pascucci，他们测量了用ALMA观测到的环和间隙的性质，并分析了数据以评估可能导致观察到的环和间隙的可能机制。虽然这些结构可能是由行星雕刻而成的，但先前的研究表明它们也可能是由其他效应所创造的。在一种通常提出的方案中，由于跨圆盘上的尘埃化学性质的变化而引起的所谓冰线，该变化是由于距主恒星的距离及其磁场而产生的，从而在整个圆盘上产生了压力变化。这些影响会在磁盘上产生变化，表现为环形和间隙。

研究人员进行了分析以检验这些替代解释，并且无法在恒星特性与观察到的间隙和环的模式之间建立任何关联。

皮尼拉说：“因此，我们可以排除通常提出的造成环圈和缝隙的冰线的想法。”“我们的发现使新生的行星成为我们观察到的模式的最可能原因，尽管其他一些过程可能也在起作用。”

由于主恒星的压倒性亮度无法直接检测单个行星，因此该团队进行了计算，以了解金牛座恒星形成区域可能正在形成的行星的种类。根据调查结果，海王星大小的气体行星或所谓的“超级地球”（最多20个地球质量的陆地行星）应该是最常见的。观测到的磁盘中只有两个有可能容纳与太阳系中最大的行星木星相匹敌的庞然大物。

皮尼利亚说：“由于目前大多数的系外行星调查无法穿透原行星盘的尘埃，因此，除了一个例外，所有的系外行星都在不再存在磁盘的进化系统中被发现。”

展望未来，研究小组计划将ALMA的天线移得更远，这将使阵列的分辨率提高到大约5个天文单位（一个AU等于地球与太阳之间的平均距离），并使这些天线对其他频率敏感。对其他类型的灰尘敏感。

Long说：“我们的结果是了解行星形成这一关键阶段的令人振奋的一步，并且通过进行这些调整，我们希望能够更好地理解环和间隙的起源。”

这项工作是通过国际合作实现的，其中包括UA Steward Observatory和LPL的天文学家。有关作者的完整列表和资助信息，请参阅论文“ ALMA对金牛座恒星形成区域的磁盘进行的调查中的间隙和环”。本文的预印本可在https://arxiv.org/abs/1810.06044上获得。该项目的资金由北京大学，中国国家科学基金，哈勃奖学金，国家科学基金会以及系外行星系统科学的其他太阳系中的Nexus计划提供。

纸：ALMA对金牛座恒星形成区盘的调查中的间隙和环