行星苗圃探秘:吸积盘内现壮观瀑布

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【新唐人北京时间2019年10月27日讯】科学家认为吸积盘(也叫行星盘)——环绕在恒星周围的气体和尘埃混合物,是孕育行星的苗圃。最近天文学家通过阿塔卡玛大毫米波阵列(ALMA)望远镜数据构建出一个行星盘的三维图,首次发现气体从行星盘平面的上层向中部倾泻的运动模式。

行星盘通常由99%的气体和1%的尘埃组成,并且很厚。多数行星盘的厚度可达其半径的30%。从ALMA的观测来看,盘内一氧化碳发出的毫米波长光线很独特,可以说是最亮的气体。

去年,两个天文研究组展示了利用一氧化碳探索新生行星的方法。他们测量一氧化碳气体在恒星HD 163296周围吸积盘内旋转的速度。从局部气体特殊的运动情况,推断出那里有三颗新生的行星。

气体在三个方向上的运动细节

在今年的新研究中,科学家使用具有更高分辨率的ALMA数据绘出了壮观的吸积盘,并能看到尘埃中三处明显的缝隙和环形结构,研究者认为这是行星诞生后在吸积盘留下的印记——与去年的研究结果相符。

更重要的是,这份研究测量到气体在三个方向上运动的细节。

“从这个项目使用的高保真数据来看,我们测量的不止是一个方向、而是三个方向的速度。我们首次测到了:气体围绕恒星旋转的速度、靠近或远离恒星的速度、相对吸积盘平面向上或向下运动的速度。”这份研究的主要作者密歇根大学(University of Michigan)的蒂格(Richard Teague)说。

吸积盘内气体如瀑布般倾泻

蒂格和同事发现,在HD 163296吸积盘内,气体都有着独特的运动模式——位于吸积盘平面较上层的气体向吸积盘平面的中心位置运动。“我们推测比较可能的情况是,行星诞生后绕着恒星转,把周围的尘埃推开了,形成一个空隙,”蒂格说,“空隙上方的气体向下坍塌,形成瀑布一样的效果,并在盘内形成一股气体对流。”

研究人员计算出这三颗新星中,离恒星最近的一颗的质量为木星的一半;中间的一颗和木星差不多;离恒星最远的一颗质量为木星的两倍。

研究者称,这是目前为止HD 163296系统内新诞生三颗行星的最佳证据,但不能100%断定气体流是由行星引起的,恒星的磁场也可能引发气体流。

吸积盘气流影响新星大气

科学家最早在上个世纪90年代提出吸积盘内气体存在倾泻运动,直到这份研究才首次拿出证据。研究者认为,吸积盘内气流运动对了解大颗行星的大气层的诞生过程很重要。

“行星在吸积盘平面的中心地带,也叫中平面(midplane)诞生。这个区域温度很低,以抵御恒星的辐射,”蒂格解释说,“我们猜想行星诞生后形成的空隙,把位于吸积盘上部区域、温度高一些的气体带进来,上部区域气体的化学活性更高,而正是这些气体形成了行星的大气层。”

合作研究者密歇根大学的贝尔金(Ted Bergin)说:“通过这些气流的特征我们可以了解像木星这类行星的诞生过程,并了解诞生初期其大气的组成。由于行星诞生后其所在地可能发生变化,通过这一点还可能追溯到这些行星的诞生地。”

这份研究近期发表在《自然》(Nature)杂志上。

──转自《大纪元》

(责任编辑:叶萍)

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