天文学家在遥远的恒星系统中发现与太阳系类似的特征

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天文学家在迢遥的恒星体系中发现与太阳系类似的特性

柯伊伯带的艺术想象图


天文学家在迢遥的恒星体系中发现与太阳系类似的特性


我们的太阳系有多典范?这个题目长期困扰着行星科学家,但是在别的行星体系中探测到与太阳系类似的特性相当困难。而天文学家刚刚做出了这样的发现——围绕一颗距我们320光年的恒星,存在着类似柯伊伯带的特性。

他们说,这是第一次通过偏振探测发现围绕一颗恒星的内环,这颗恒星我们称为HD 141569A。而这个发现正在揭示行星演化过程一个关键时期的新细节。

HD 141569A实际上是一个相当有趣而且被充分研究过的天体。它处于一个三星体系中,它的两颗伴星皆为红矮星。但HD 141569A仅有500万年的寿命,质量是太阳的3倍左右,具有蓝色的光谱范例,高温且明亮刺眼。

1999年,在这颗年轻的恒星附近发现了一个星盘,两个星环各安闲220和360个天文单位处到达峰值。这些是恒星在形成过程中,围绕恒星旋转,未被吸入恒星而残余下来的物质;在长时间里,这些物质开始积累在一起,吸积而形成行星。

在HD 141569A的星盘中,两个星环之间的缝隙暗示,一颗行星正在形成,它的引力吸引了本身轨道上的所有物质。

天文学家在迢遥的恒星体系中发现与太阳系类似的特性

HD 141569星环之间的缝隙

图源:ESA/Hubble

在我们的太阳系中,我们同样有太阳形成时的吸积盘残余下来的物质。我们把它们称为柯伊伯带,它是一个由冰质残片构成的星盘,位于海王星轨道的外侧。均匀在39.5个天文单位处的冥王星,恰恰位于柯伊伯带之内。

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太阳系的柯伊伯带概念图

图源:NASA


在行星吸积过程将近竣事之时,留下来的被称为残骸星盘,而它延展开来可以高出数百个天文单位。围绕HD 141569A的星盘是混合型的——它是在原行星盘转变成残骸星盘之间的状态。

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阿塔卡玛大型毫米波阵列(ALMA)拍下的围绕年轻的恒星HL Tauri的原行星盘

图源:ALMA/Wikipedia, CC BY 4.0


混合星盘对行星科学家来说非常迷人,由于它们可以告诉我们气态巨行星是如何形成的,以及成长中的星子(或称微行星)是如何与星盘中的气体以及尘埃互动的。

如今,通过研究恒星附近地区散射和扭曲的电磁辐射,由加拿大西安大抵大学的胡安·塞巴斯蒂安·布鲁索内(Juan Sebastian Bruzzone)领导的天文学家们已经绘制出一个围绕HD 141569A 的类似星环,在距恒星44个天文单位处到达峰值。

天文学家在迢遥的恒星体系中发现与太阳系类似的特性

图源:Bruzzone et al., arXiv, 2019

他们不仅发现了行星形成的证据,还找到了线索,暗示星盘中存在另一个更加靠近恒星的星环布局。

详细来说,他们发现了一个旋臂——一种在别的一些原行星盘中发现过的特性,这些原行星盘中也包罗HD 141569A两个外星环,这一特性被认为是存在一颗正在形成的行星的证据。根据旋臂的特性,研究者们推测该行星会与木星的质量相似,大概略小一些。

他们同时拿他们观察到的辐射与模子做了比力,以探求可能形成这种辐射的最切合的尘埃范例。但是,即使是最符合的模子也有无法解释的辐射存在。

然而,当另一个距离恒星更近的星环被纳入盘算之后,题目被解决了。一个处于5-15个天文单位的星带非常漂亮地重现了辐射。

天文学家能够做出这样的发现着实太惊人了,与此同时,这正是能够告诉我们行星如何诞生的详尽研究。

反过来,这能告诉我们更多关于太阳系的事——知道它到底有多一般(还是特别)能够帮助我们弄清我们是如何走到本日的。

“考虑到从别的高对比度设施得来的分辨成像数据,HD 141569A的残骸星盘是由至少3个,有可能是4个嵌套的星环形成的,在三个空间分辨的星环上有螺旋布局,”研究者在他们的论文中写道。

“正由于云云,这是研究动态受扰动星盘的绝佳情况。”

该研究已经被《天文学期刊》(The Astronomical Journal) 担当,已在arXiv刊载。


天文学家在迢遥的恒星体系中发现与太阳系类似的特性

海王星轨道外柯伊伯带已知的星体 [坐标单位为天文单位(AU); 2015年1月]

太阳 木星-特洛伊小行星群 巨行星: J S U N 半人马小行星

海王星特洛伊 共振柯伊伯带 经典柯伊伯带 离散盘

距离按比例缩小,但巨细并未按比例标记

图源:WilyD/wikipedia, CC BY-SA 3.0,

干系知识

柯伊伯带,偶尔被称为艾吉沃斯-柯伊伯带,是外太阳系环绕恒星的一个圆盘状地区,从海王星轨道(位于30个天文单位处)到距太阳约莫50个天文单位处。它与小行星带相似,但大得多——20倍宽,质量则为小行星带的20到200倍。正如小行星带,它主要由太阳系形成时所残留下来的小星体或物质构成。许多小行星主要是由岩石和金属构成的,而柯伊伯带的物质则主要由冰冻的挥发性物质(被称为“冰”),诸如甲烷、氨和水构成。柯伊伯带是三个官方认定的矮行星所在的地区:冥王星、妊神星和鸟神星。一些太阳系的卫星,诸如海王星的海卫一,和土星的土卫九,可能诞生于这片地区。


参考资料

1.维基百科全书

2.天文学名词

3. sciencealert- sciencealert-叶萤

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