宇宙深處〞彗星工廠〞 環聚年輕恆星塵埃

  北京時間6月13日消息,國外媒體報道,近日天文學家表示,環繞著年輕恆星Oph IRS 48的神秘天體,加上觀測到的塵埃顆粒,或可能改變我們對行星形成的理解。對這個系統的觀測揭示了恆星一邊毫米大小的“除塵器”,而更小的千分之一米大小的顆粒則均勻的分佈在整個盤狀物,天文學家這樣說道。據天文學家表示,這些顆粒可能最終會形成“彗星工廠”以產生千米大小的岩石,就像在海王星軌道外發現的柯伊伯帶(數十億顆在海王星軌道之外繞行的小型冰體構成的碟形帶)。

 

  它的形成原因很可能是一個質量為木星十倍的天體,它可能是一顆巨大的行星或者是失敗的褐矮星。然而,到目前為止,天文學家只能看到該神秘天體對整個系統產生的影響,目前還尚未有直接證據證明它的存在。
  荷蘭萊登天文台的博士研究生尼因科·范·德·馬瑞(Nienke van der Marel)表示,研究人員的最初計劃是分析這些氣體。然而,“我們獲得數據後說道,這是什麼?這並不是盤狀物應該有的樣子!” 范·德·馬瑞這樣說道。

  這個信號是由位於智利的阿塔卡馬大型毫米/亞毫米波射電望遠鏡陣(Atacama Large Millimeter/submillimeter Array ,簡稱ALMA)發現的,它是如此強大以至於可以直接排除虛假的可能性,范·德·馬瑞補充說道。既然已經獲得了數據,范·德·馬瑞的研究小組提出理論稱他們所觀測到的東西或可能幫助解釋為什麼塵埃顆粒會生長,並逐漸形成行星的開始,也就是原行星。

  解決射線漂移問題

  年輕恆星系統其實是一團塵埃和殘骸。傳統的行星形成理論認為塵埃最終會粘合在一起並生長,形成越來越大的物體直到達到行星的大小(也就是多岩石行星)或者行星核心(也就是氣體巨星,例如木星)。

  然而,這個理論中存在一個“射線漂移”的問題。在環繞恆星的盤狀物裡,距離恆星近的地方產生的壓力大,而遠離恆星的位置則壓力小。由於存在這些壓力梯度,氣體以及小型的千分之一米大小的粒子環繞恆星的軌道速度則更慢。

  然而,隨著千分之一米大小的粒子逐漸生長,它們開始與氣體和較小的粒子發生摩擦。最終較大的粒子速度將會減慢。當摩擦導致它們的速度降低到一個臨界值時,它們就開始朝著恆星飄移並相互湮滅。

  “與整個盤狀物的生命週期相比,射線偏移發生的時間較短,” 范·德·馬瑞說道。“這些顆粒會迅速消失並環繞恆星旋轉。”如果存在一種方式能夠產生特定的環境供塵埃生長,它或可能解決射線漂移的問題。這種理論以前曾被提出過,但從未被直接觀測到。

  在Oph IRS 48這個例子中,天文學家認為質量為木星十倍的天體在系統邊緣會形成漩渦,產生一片高壓區以平衡恆星附近的高壓。受到這兩個高壓區域的牽制,塵埃顆粒會盤旋、粘合在一起並最終生長。

  這些顆粒距離恆星太遠以至於無法形成行星——它們的密度太低,因為它們所處的區域主要是由冰組成的,根據行星形成理論稱。然而,它們也可以形成1千米寬的冰冷天體,類似於在太陽系統裡觀測到的柯伊伯帶,據稱柯伊伯帶是很多彗星出生的搖籃。

  雞和蛋的問題

  一直以來存在一個雞和蛋的問題讓天文學家非常困擾:Oph IRS 48里的巨大神秘天體究竟是如何形成的?“未來需要解答的問題之一便是,我們在這個天體裡觀測到的圍困過程是否也存在於更早的時期,並潛在的創造了這些巨大的行星,後者部分的產生了另一個圍困現象。” 美國博爾德科羅拉多大學理論天體物理學家菲爾·阿米塔格(Phil Armitage)在期刊《科學》上發表的一篇對這項研究進行分析的文章中這樣寫到。

  他認為塵埃圍困理論早已存在了一段時間,只是很少天文學家預料到它在這張圖片裡會如此明顯。“它是如此之大你甚至可以直接觀測到它——這真是出人意料。” 阿米塔格說道。

  范·德·馬瑞的文章被發表在6月6日的期刊《科學》上,這項研究還包括來自荷蘭、德國、智利、中國、愛爾蘭和美國的科研人員的貢獻。研究人員希望利用ALMA監測其它恆星系統以尋找相同的現象。用於檢測年輕恆星系統裡塵埃顆粒的望遠鏡於今年正式開始啟動。





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