HD 169142盤外的複雜環形結構,與行星的遷移有什麼關聯?

作者:文/虞子期

科學家們對系外行星的探索,在過去的二十多年中已經發現了數千種,其中最年輕的系外行星,甚至還不到100萬年的時間。雖然,並不是每一個系外行星都像51 Pegasi b、HD 209458 b這樣知名,但它們的行為都在研究人員的探測範圍之中。

HD 169142盤外的複雜環形結構,與行星的遷移有什麼關聯?

HD 169142盤外的精細結構

在一顆被叫做HD 169142的年輕恆星外部,科學家們透過ALMA對該年輕恆星系統的觀察發現,在它的外部有一個錯綜複雜的環形結構,它由“薄環”和雙間隙組成。正是這些部分,將原行星環境切入內部和外部區域的深裂縫。

這顆恆星位於射手座中,距離地球約370光年。在此之前,科學家們從未在其外部觀察到過如此精細的結構。由此也說明了,這個新生的系外行星,顯然正在移動。透過進一步的探索,研究人員表示,這些環的形成原因,很可能是被一顆遷移的“嬰兒”行星所雕刻,而它的質量大概是地球的十倍左右。

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HD 169142外部的薄環和間隙

在過去的幾年時間中,許多新生恆星系統的觀察,都是透過ALMA阿塔卡馬大毫米/亞毫米陣列進行的。這個位於智利北部的射電望遠鏡網路發現,這些系統幾乎都是原行星盤中的間隙和環。並且,大多數天文科學家認為,這樣的結構得以形成是因為行星在那裡聚集。所以,就ALMA發現HD 169142周圍磁碟存在間隙而言,並沒有帶給研究人員很大的驚喜。

或許你對它有所不知,恆星HD 169142的大小達到了太陽的1。7倍,透過進一步的研究,科學家們發現在它的磁碟外部,還延伸除了一個薄環和間隙,並且,這是一個寬闊的區域,而光滑的環又往往佔據著絕對的優勢。除了可能和一個或多個巨型原行星相關的巨大內空隙以外,這個“薄環”細節讓所有人驚訝。

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ALMA捕獲年輕恆星周圍出生的外行星

透過ALMA的高解析度影象,科學家們發現了400萬年前的HD 163296,它距離太陽系大約330光年、朝著射手座的方向。並發現塵埃和氣體圍繞恆星旋轉的“原行星盤”,而這個圓盤有兩個暗間隙。有三顆系外行星正在這顆年輕恆星周圍出生,它們都是木星般的氣體巨星,軌道距離為80 AU,140 AU和260 AU。

科學家透過ALMA資料的研究,分析了一氧化碳(CO)氣體的運動。在它們沒有遇到重力障礙的情況下,CO和其他氣體會傾向於以可預測的方式、在原行星盤中移動,以此確定了HD 163296系統中最外層的行星。這項新技術的應用,可幫助科學家瞭解行星系統的形成過程,這種全新的方法,也可以揭示我們銀河系中一些年輕行星的未解之謎。

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ALMA影象和HD 169142中原行星盤

“窄環”之間所表現出的相互分離,可以透過行星遷移得到自然而然的解釋。在這個空間裡,當一顆小行星和微小塵埃粒子相互作用,就主義孤立地再現這些環,並透過間接的方式以揭示它們的特性。科學家們透過計算機模擬,瞭解到了這些結構的可能來源。而所謂的罪魁禍首,透過這項研究工作,研究人員將其定為一個迷你海王星。

模擬影象包含了一個質量為地球質量10倍的行星,雕刻了原行星盤的外部區域。一個AU是平均地球和太陽的距離,大約9300萬英里,或1。5億公里。它從母星形成約69個天文單位(AU),然後向內移動到大約64 AU。科學家們將ALMA影象,和HD 169142中原行星盤的理論模擬進行了比較。細環由灰塵顆粒組成,並透過在行星和盤之間的相互作用這段期間,激發了壓力波、將其捕獲到同心結構中。這一和其他類似的實驗,為表徵太陽系外行星提供了新的可能性;在年輕行星系統中,也為解釋看到的這些“尖銳環”取得了很大進展。

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系外行星探索中令人驚訝的發現

Epsilon Eridani b是離我們最近的異形世界,繞著距離地球僅10。5光年的橙色類太陽恆星執行,可能透過望遠鏡就能很快的拍攝到它;CoRoT-7b是太陽系外第一個確認的岩石世界,它完全被“母星”鎖定,擁有2200攝氏度這地獄般的溫度,甚至還可能會使岩石下雨,成為汽化天然氣巨頭的核心,被科學家們成為火山夢魘。

在科學家們發現的系外行星中,TrES-4被稱為有史以來最大、也是最奇怪的系外行星,它距離地球大約1400光年,約為木星大小的1。7倍,加上它的密度非常低,所以屬於所謂“膨脹行星”中的一個小子類;而KOI-314c,則是衡量其質量和物理尺寸的最輕的行星,圍繞一顆昏暗的紅矮星繞地球執行約200光年。儘管該行星的重量與地球相同,但令人驚訝的是,它的直徑要筆地球大60%,這也意味著它必須具有非常厚的氣態環境。

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