原行星盤如何形成新行星?天文學家揭開「塵埃瀑布」細節

作者 | 發布日期 2019 年 10 月 18 日 18:17 | 分類 天文 , 自然科學 , 航太科技 follow us in feedly


新生恆星與行星系統起源自充滿氣體塵埃的原行星盤,而最近,科學家利用 ALMA 揭開了行星形成時氣體流動的磅礡景象,看起來就像塵埃瀑布。

原行星盤(Proplyd or Protoplanetary Disc)是圍繞新形成年輕恆星的濃密氣體盤,而行星系統就起源自原行星盤形成恆星後的剩餘物質——這也是目前一個星系的形成與演化最被廣為接受之星雲假說模型。

最近美國卡內基科學研究所與密西根大學團隊,收集阿塔卡瑪大型毫米及次毫米波陣列(ALMA)數據,觀察年輕的恆星 HD 163296 系統中一氧化碳發出的特定波長光,揭開原行星盤更細節之處:原行星盤中的氣體運動比預期還要復雜,就像瀑布一樣從高處往低處流竄,而不僅僅是在平面中流動而已。

這是天文學家首次測得氣體往 3 個不同方向流動的速度:圍繞恆星旋轉、朝向或遠離恆星、以及垂直原行星盤向上或向下旋轉的氣體運動,構成一幅 3D 立體圖像,發現氣體以 3 個同心環的形式垂直原行星盤面向下流竄,與中心恆星的距離分別是 87AU、140AU、237AU。

利用這些數據建立電腦模擬後,研究人員試著在上述 3 個距離點放入 3 個行星,果然發現隨著時間流逝,這幾個地方出現了團隊在 HD 163296 中觀察到的塵埃瀑布,這代表很可能就是新生行星引起這種壯觀的氣體流動行為。

▲ 模擬發現塵埃瀑布是由新生行星所引起。

看到這裡有一個待解決問題:想想太陽系中最遙遠的行星海王星,與太陽距離也才 30AU,換句話說上述幾個新生行星與母恆星的距離相當遙遠,那麼這些行星形成之後是會留在附近的軌道運轉、還是形成之後再朝內部遷移,成為太陽系中土星、木星這種氣態巨行星的存在?

卡內基科學研究所天體物理學家 Jaehan Bae 表示,我們可以從它們如何獲得大氣層推斷出所有訊息,但這需要更多時間,目前研究集中在原行星盤中最豐富的氣體:一氧化碳,後續可以改檢測甲烷、甲醇等含量不高的氣體,以更理解原行星盤細節。

新論文發表在《自然》(Nature)期刊。

(圖片來源:美國國家電波天文台

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