天文学家首次看到巨行星帮助它们的恒星成长

对遥远气态圆盘的观测揭示了巨型气态行星如何与其恒星一同形成。
这张艺术家想象图展示了年轻恒星HD 142527周围的气体和宇宙尘埃圆盘。天文学家使用阿塔卡马大型毫米/亚毫米波阵列(ALMA)望远镜观测到了横跨圆盘间隙的大量气体流。这是对这些气流的首次直接观测,它们被认为是由正在成长的巨型行星吞噬气体所产生的,是巨型行星诞生过程中的关键阶段。

当年轻恒星形成时,它们会吸积周围的尘埃和气体,剩余的物质会旋转形成一个扁平的盘状结构。行星最初是盘中微小的团块,这些团块会与其他小团块碰撞,最终增加它们的质量。因此,婴儿恒星系统通常看起来是中间有一个点,被一个黑暗的间隙包围,然后是一个尘埃圆盘。但不知何故,随着这个过程的展开,恒星也在继续生长。这一点很难解释——如果行星正在收集它们周围的物质,那么这些物质又是如何到达恒星的呢?

ALMA望远镜,这个地球上最大的射电望远镜,正在提供一些答案。对一个约450光年外年轻恒星系统的最新观测显示,行星和恒星正在共享气体,有从尘埃气体圆盘一直延伸到恒星的“桥梁”。

圆盘本身由两部分组成:靠近恒星的内层部分和行星正在形成的外层部分。如果这是我们的太阳系,内层部分将延伸到大约土星的轨道。外层圆盘的起始距离是内层的14倍,直径约为两天文光程。超远距离旅行者1号探测器——它即将离开我们太阳影响的边界——将接近该圆盘的内缘。

ALMA首次在圆盘之间的间隙中探测到了微量的二氧化碳。间隙中没有尘埃,这符合行星形成理论,但ALMA的高灵敏度使其能够探测到CO2。然后,ALMA还看到了一些细丝状结构,它们像车轮的辐条一样连接着圆盘和恒星。这些细丝是由行星的引力形成的;它们正在从圆盘的外层吸取气体。但大部分气体绕过了行星,使得恒星能够重新获得气体并继续生长。这是对这些由计算机模型推断出的气流的首次直接观测。

ALMA的观测结果

版权:ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), S. Casassus et al.

外层圆盘中的尘埃显示为红色。致密的HCO+气体(甲酰基)显示为绿色,中心间隙中的弥散气体显示为蓝色。气体细丝可以在三点钟和十点钟的方向看到,从外圆盘流向中心。

智利大学和原行星盘千年核中心的Simon Casassus领导了一个国际天文学家团队,观测了这个名为HD 142527的系统。他们发现,如果没有这些细丝,内层圆盘会在一年内耗尽。但有了细丝,就有足够的气体在周围流动,维持内层圆盘,并为饥饿成长的恒星提供能量。

行星位于流向恒星的致密气体流中,这使得它们从视野中被遮挡。它们可能比木星大几倍。描述这些发现的论文今天发表在《自然》杂志上。

NRAO

 

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丽贝卡·博伊尔是一位屡获殊荣的自由撰稿人,她撰写关于天文学、人畜共患病以及介于两者之间的各种主题的文章。她是《大西洋月刊》的特约撰稿人,她的作品经常出现在《大众科学》、《新科学家》、《FiveThirtyEight》、《连线》以及许多其他面向成人和儿童的出版物上。丽贝卡在科罗拉多州长大,离太空更近一英里,现在住在圣路易斯,靠近大陆两条最强大的河流的交汇处。

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