目前的天文學(xué)技術(shù)和條件，已經(jīng)可以滿足人類觀測圍繞年輕恒星形成的行星。就在幾年前，這還是一件不可思議的事情。事實上，天文學(xué)家直到兩年前才捕捉到行星形成的第一張圖像。

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現(xiàn)在有越來越多關(guān)于行星如何形成的研究，包括一項有15張圍繞年輕恒星的行星形成盤的新研究。

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這項新研究的標(biāo)題是:圍繞Herbig Ae/Be恒星的行星圓盤內(nèi)圈全圖。第一作者是來自比利時庫魯汶的雅克·克魯斯卡。這項新研究發(fā)表在《天文學(xué)和天體物理學(xué)》雜志上。Herbig Ae/Be是一顆年輕的，主序前的恒星。

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星云假說解釋了恒星和行星的形成。它們始于一個主要是氫聚集的分子云，然后，就像雪球一樣云中的物質(zhì)不斷聚集，隨著時間的推移而生長，并不斷旋轉(zhuǎn)。最后，當(dāng)它變得足夠大的時候，它的引力會吸引更多周圍的物質(zhì)。

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這張照片拍攝于2018年。它來自ESO甚大望遠鏡上的球體儀器，這是第一個清晰的行星圖像，它是天文學(xué)家在觀測矮星PDS 70形成過程中捕捉到的。來源:ESO /。穆勒等。

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來源:ESO /A.穆勒等。

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最終在某一刻，如此多的物質(zhì)聚集在一起聚變形成恒星。(這個簡短的解釋只是一個粗略的解釋，并未涉及到其他更多細節(jié))

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但是，恒星并沒有使用原始分子云中的所有物質(zhì)。剩下的物質(zhì)在現(xiàn)在旋轉(zhuǎn)的恒星周圍形成了一個圓盤，稱為原行星盤。圓盤也在旋轉(zhuǎn)，圓盤中的物質(zhì)聚集在一起，形成了年輕的行星。

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這是迄今為止阿爾瑪拍攝的最好的原行星盤圖像。這張年輕的長蛇座TW附近的照片揭示了經(jīng)典的環(huán)和縫隙，表明行星正在這個系統(tǒng)中形成。

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資料來源:S. Andrews(哈佛-史密森學(xué)會特許財務(wù)分析師);b·薩克斯頓(NRAO AUI / NSF);阿爾瑪(ESO / NAOJ / NRAO)

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以上簡單描述了行星如何圍繞恒星形成。

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觀測這些圓盤以發(fā)現(xiàn)年輕的行星一直是天文學(xué)的一個挑戰(zhàn)。起初，天文學(xué)家們主要是觀察圓盤上不斷擴大的縫隙，因為這表明一顆行星正在形成，它正“清除”軌道上的所有氣體和塵埃。但即使是這樣說起來簡單的觀測，對天文學(xué)家來說也很困難。

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但像這樣的新研究讓天文學(xué)家和我們其他人得以一窺包裹在氣體和塵埃里的行星形成過程。

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“這些內(nèi)部區(qū)域至關(guān)重要，因為它們被認為是大多數(shù)行星形成或遷移的地方。”

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Kluska等人在2020年發(fā)表的論文《A family portrait of disk inner rims around Herbig Ae/Be stars》。

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了解行星形成時盤內(nèi)的情況對我們?nèi)媪私庑行呛拖低庑行侵陵P(guān)重要。作者寫道，“行星形成的初始條件確實是由盤的性質(zhì)、塵埃和氣體密度、組成、結(jié)構(gòu)和動力學(xué)決定的?！?/span>

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一旦一顆行星形成，它就會影響其他行星的形成。行星一旦形成，它反過來又會影響盤的結(jié)構(gòu)，潛在地造成差距、扭曲和各種各樣的特征，這些特征是通過毫米波干涉術(shù)和散射光成像發(fā)現(xiàn)的。

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他們寫道，“之前對這些內(nèi)部區(qū)域的研究存在的問題是，由于無法達到足夠高的角分辨能力，觀察技術(shù)無法獲得內(nèi)部盤區(qū)域(位于中央恒星周圍5個天文單位內(nèi))的形態(tài)?！?/span>

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這是HD100546的可見光圖像，它是這項新研究涉及的恒星之一。它說明了觀察年輕恒星周圍的圓盤是多么困難。這是年輕恒星HD100546周圍的外部塵埃。橙色的斑點是一顆原行星，距離恒星約47天文單位。這張照片的內(nèi)部被明亮的中央恒星的物所控產(chǎn)制，這些產(chǎn)物已經(jīng)被數(shù)字減去，而這些黑色的斑點并不是真實的。

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圖源：ESO/NASA/ESA/Ardila等人。

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他們也加強了對這些內(nèi)盤區(qū)域的研究，寫下這些內(nèi)盤區(qū)域是非常重要的，因為它們被認為是大多數(shù)行星形成或遷移的地方。

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這項研究展示了15張數(shù)百光年外的行星形成盤的圖像。這項研究的作者主要關(guān)注這些圓盤的內(nèi)部邊緣，因為那里是像地球這樣的巖石行星最有可能形成的地方。對系外行星的調(diào)查還顯示，有大量的行星存在于主恒星周圍。

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這是一幅藝術(shù)家的作品，畫的是一顆遙遠恒星周圍的殘片。

圖片來源:美國國家航空航天局/噴氣推進實驗室一名藝術(shù)家對一顆遙遠恒星周圍環(huán)繞的碎片盤的印象。

在這項研究之前，天文學(xué)家已經(jīng)捕捉到了原行星盤的圖像，但這些圖像并不能揭示很多細節(jié)。

在這些圖片中，靠近恒星的區(qū)域，巖石行星形成的地方，只有幾個像素的覆蓋，首席作者Jacques Kluska在新聞發(fā)布會上說。

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這項研究背后的團隊開發(fā)了一種新的方法來成像這些磁盤的內(nèi)部邊緣。“我們需要將這些細節(jié)形象化，以便能夠識別可能泄露行星形成的模式，并描述這些圓盤的特性。我很激動，我們現(xiàn)在第一次有了15張這樣的照片“，Kluska繼續(xù)說道。

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這個團隊依靠的是位于智利的歐洲南方天文臺。皮爾尼爾是超大型望遠鏡干涉儀(VLTI)的一部分，它同時結(jié)合了來自四個望遠鏡的光，使得獲取的數(shù)據(jù)更加精確。

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帕拉納山頂觀測平臺的鳥瞰圖(1999年底)，包括四個8.2米望遠鏡(UTs)的外殼和VLT干涉儀(VLTI)的各種裝置。三個1.8米的VLTI輔助望遠鏡(ATs)和光束路徑已經(jīng)疊加在照片上。干涉測量實驗室(部分在地下)位于平臺的中心。圖片來源:ESO /VLT

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干涉測量是一個強大的工具，VLT是一個強大的望遠鏡;世界上最重要的天文設(shè)施之一。但是這種技術(shù)和技術(shù)的結(jié)合仍然沒有捕獲年輕行星的實際圖像。獲得這些圖像需要更多的工作:一種創(chuàng)新的數(shù)學(xué)重建技術(shù)。

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這類似于活動視界望遠鏡獲得黑洞的第一張圖像。

Kluska解釋說，“我們必須移除恒星的光線，因為它妨礙了我們在圓盤上看到的細節(jié)?！?/span>

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“區(qū)分細節(jié)尺度的類地巖石行星和木星的軌道(見圖片)地球到太陽距離的一小部分相當(dāng)于人類在月球上能夠看到,或者區(qū)分頭發(fā)在一個10公里的距離”,讓-菲利普?伯格指出大學(xué)Grenoble-Alpes,首席研究員負責(zé)的工作與PIONIER樂器?！凹t外干涉術(shù)已經(jīng)成為揭示天體最微小細節(jié)的常規(guī)方法。把這種技術(shù)和高等數(shù)學(xué)結(jié)合起來，我們終于可以把這些觀測結(jié)果轉(zhuǎn)換成圖像?！?/span>

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圍繞著R CrA(左)和HD45677(右)恒星的原行星盤，由ESO甚大望遠鏡干涉儀捕獲。

增加軌道供參考。

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這顆恒星也是出于同樣的目的，因為它的光線被過濾掉，以獲得更詳細的圓盤圖像。

來源:Jacques Kluska等人。

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我們對行星形成過程的了解才剛剛開始。對于一個嚴格意義上的形成過程，必須有足夠的細節(jié)和變化，才有可能稱其為過程。這項研究填補了之前天文學(xué)在行星形成方面的一些研究空缺。

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“你可以看到，有些斑點更亮，有些不那么亮，就像上面的圖片一樣:這暗示了可能導(dǎo)致行星形成的過程。”Kluska說，“比如在圓盤中可能存在不穩(wěn)定性，從而導(dǎo)致漩渦，在漩渦中，圓盤聚集了空間塵埃顆粒，這些塵埃顆粒能夠成長并演變成行星?！?/span>

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這項研究背后的團隊打算繼續(xù)他們的工作。他們打算研究在這些環(huán)中發(fā)現(xiàn)的不規(guī)則現(xiàn)象，并探索更多的細節(jié)。其中一個目標(biāo)是直接觀察離恒星最近區(qū)域的行星形成。他們還開始研究11顆較老的恒星以及它們的塵埃和氣體盤，因為行星也可能在那里形成。

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作者: universetoday

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