作何解释?发现原行星盘中有神秘的结构:有马蹄形和环状结构!

在年轻恒星周围的尘埃和气体圆盘中,出现了神秘的结构。博士生保罗·卡佐莱蒂(Paolo Cazzoletti)与尤文·范·迪肖克(Ewin Van Dishoeck)教授一起研究如何解释这些形式,如环形、螺旋形和孔洞。自从20世纪90年代发现第一颗系外行星以来,到现在已经发现了4000多颗系外行星。行星是在年轻恒星周围的原行星盘中形成。首先,尘埃聚集成颗粒,逐渐增长到鹅卵石大小,最终形成岩石和行星。

如果它们足够大和足够重,它们可以吸引盘中的气体,在某些情况下,它们会成长为像木星和土星这样的气体巨星。在第一次望远镜观测中,原行星盘看起来光滑而对称,但这在大约七年前就改变了。使用智利的阿塔卡马大毫米/亚毫米阵列(ALMA)射电望远镜,天文学家能够更详细地观察到这些圆盘。这些观察结果表明,它们并不对称和光滑,我们看到了结构和形状,比如洞、环和马蹄形和香蕉形的底座,这是一个惊喜。

  • (博科园图示)HD135344B周围尘埃中马蹄形和环状结构的不同波长和分辨率观测。图片:Paolo Cazzoletti

对此最常提及的解释是一个或多个行星存在,它们可以与气体圆盘中的灰尘和气体相互作用,形成结构。但发现的行星比解释所有尘埃和气体结构所需的行星要少,这使得这些结构更加神秘,所以不得不寻找其他的解释。研究了ALMA对HD135344B的观测,HD135344B是围绕着一颗年轻恒星的圆盘,这个气体圆盘并不对称,南侧是一个香蕉形的结构,它看起来像是一种尘埃漩涡。此外,圆盘上层的细小尘埃颗粒形成螺旋臂。

天文学家最初认为这是由于盘片外部区域存在行星造成,但是没有发现任何行星,研究描述了非对称尘埃漩涡是如何形成螺旋臂的,如果是这样的话,只需要一颗靠近恒星的行星来解释观测到结构的其余部分。除了这项观测工作,研究人员还进行了理论研究,以解释原行星盘气体中的环状结构,为此把重点放在氰化物分子上。研究看到这些环形气体结构有两种可能性,这可能是由原行星盘上的环形孔造成。

或者说没有空洞,但由于氰化物分子的化学作用和发光方式,似乎只有一个空洞。通过分析理论模型,发现观测到的环状形状与尘埃盘形状没有关系,它们主要是化学空洞,因为母星附近的氰化物较少。本研究有助于更好地理解原行星圆盘中的结构如何形成,有了这些知识,未来天文学家们希望找出这些结构与行星的形成,以及在过去25年中观察到的系外行星系统多样性是如何相关的。