中國天文學家顯示金牛座HL原行星盤特徵結構成因

觀測結果(左)對應模型(中)模型與觀測殘差(右)
中國科學院紫金山天文台發表研究員季江徽與美國洛斯阿拉莫斯國家實驗室(Los Alamos National Laboratory)和美國萊斯(Rice) 大學等合作關於金牛座HL原行星盤的研究成果。該項研究基於行星與原行星盤中氣體、塵埃的相互作用的模型,顯示了阿塔卡馬大型毫米波/亞毫米波陣列(Atacama Large Millimeter/submillimeter Array,簡稱 ALMA)射電干涉陣觀測到的金牛座HL原行星盤中明暗交錯的環帶特徵可能源於系統存在三顆未曾發現的行星,對行星系統的形成演化具有重要意義。

原行星盤是環繞在年輕恆星周圍,由相對較高密度的氣體和塵埃組成的氣體盤。原行星盤在分子雲坍縮過程中與年輕的恆星同時形成,並圍繞恆星旋轉。原行星盤的半徑可達一千個天文單位,它是行星系統的誕生地。原行星盤的主要成分是氣體,並含有少量塵埃。儘管塵埃在原行星盤內所佔的質量比很低,卻是原行星盤輻射轉移的主角,對原行星盤的演化起著至關重要的作用。

在該項研究中,科研人員首先基於原行星盤內行星與氣體、塵埃相互作用的模型,開展了幾十組數值模擬計算,並考慮輻射轉移過程計算了不同模型參數所對應的觀測圖像,最終給出了一組最佳擬合ALMA觀測數據的結果(上圖)。該項工作顯示,三顆位於13.1,33.0和68.6天文單位處,質量分別為0.35,0.17和0.26 木星質量的行星可以得到和ALMA觀測結果非常相符的毫米波圖像。研究人員根據ALMA的觀測結果限定金牛座HL原行星盤內的光譜指數與塵埃大小。研究表明,觀測到的暗條紋屬於光學薄的真正空帶,而且這些空帶是在氣體盤和塵埃盤內同時存在的。研究結果揭示了以行星與原行星盤的相互作用是這些明暗交錯的環帶特徵的成因。這項工作不僅有助於人們深入理解金牛座HL系統中原行星盤的演化和行星形成過程,對於認識我們太陽系的起源演化也有重要科學意義。

【圖、文:節錄自國家航天局網頁;新聞訊息由林景明提供】

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