隐藏在尘埃中的未知行星宝库

一个国际天文学家团队的新研究表明，“超级地球”和海王星大小的行星可能会形成比科学家想象的更多的年轻恒星。

研究人员在金牛座的恒星形成区观察了一些年轻恒星的样本，发现其中许多被结构包围，这可以最好地解释为制造过程中看不见的年轻行星产生的痕迹。这项发表在《天体物理学》杂志上的研究帮助科学家们更好地理解我们自己的太阳系是如何形成的。

大约46亿年前，我们的太阳系是一个由气体和尘埃围绕着我们新生的太阳旋转的漩涡。在早期，这个所谓的原行星盘没有可辨别的特征，但很快，它的一部分开始聚集成一团物质——未来的行星。当它们围绕太阳运行以获取新材料时，它们长大并开始在它们形成的圆盘上犁出缝隙和环形图案。随着时间的推移，尘埃盘让位于我们今天所知的相对有序的布局，包括行星、卫星、小行星和偶尔出现的彗星。

根据这种情况，科学家们观察我们的太阳系如何观察围绕其他恒星的原行星盘，这些恒星足够年轻，正在孕育行星。该团队在智利的阿塔卡马沙漠使用带有45个无线电天线的阿塔卡马毫米阵列或ALMA，调查了金牛座恒星形成区的年轻恒星，金牛座是一个位于450光年之外的巨大气体和尘埃云。地球。当研究人员对32颗被原行星盘包围的恒星进行成像时，他们发现有12颗恒星(40%)有环和间隙，根据团队的测量和计算结构，这可以用新生行星的存在得到最好的解释。

“这很吸引人，因为这是第一次系外行星统计数据，表明超级地球和海王星是最常见的行星类型，这与原始行星盘的观测结果一致。”本文主要作者龙峰是中国北京大学卡比利天文与天体物理研究所的博士生。

尽管一些原行星盘看起来是均匀的，煎饼状的物体没有任何特征或图案，但已经观察到被间隙隔开的同心亮环。然而，由于以前的研究集中在这些物体中最亮的一个，因为它们更容易找到，所以不清楚宇宙中是否真的存在具有环形和间隙结构的普通圆盘。这项研究给出了第一次无偏调查的结果，即目标圆盘的选择与它们的亮度无关——换句话说，研究人员在选择它们进行研究时，不知道它们的任何目标是否有环形结构。

“以前的大多数观测都是为了探测非常巨大的行星的存在。我们知道它们很罕见，在明亮的圆盘上刻有大的内孔或缺口，”本文第二作者、美国宇航局哈勃望远镜研究员Paola Pinilla说。亚利桑那大学管家天文台。“尽管从这些明亮的圆盘中推断出了大量的行星，但人们对这些黑暗的圆盘知之甚少。”

该团队还包括UA月球和行星实验室的Nathan Hendler和Ilaria Pascucci，他们测量了ALMA观测到的环和间隙的属性，并分析了数据以评估可能导致观测到的环和间隙的机制。尽管这些结构可能是由行星雕刻而成，但先前的研究表明，它们也可能是由其他影响造成的。在一个普遍建议的情况下，响应到主星的距离及其磁场，由尘埃粒子在圆盘上的化学变化引起的所谓冰线在圆盘上产生压力变化。这些影响会在圆盘中发生变化，圆盘由环和间隙表示。

研究人员进行了分析，以测试这些替代解释，并且无法确定恒星特征与他们观察到的间隙和环的模式之间的任何相关性。

皮尼拉说：“因此，我们可以排除通常会导致环和间隙的冰纹的想法。“我们的发现使新生行星成为我们观察到的模式的最有可能的原因，尽管其他过程也可能起作用。”

由于主星的亮度很高，不可能直接探测到每一颗行星，因此团队进行了计算，以了解金牛座恒星形成区可能形成的行星类型。根据研究结果，海王星大小的气体行星或所谓的超级地球——质量高达20个地球的类地行星——应该是最常见的。只有两个观测到的圆盘可能有与太阳系最大的行星木星相当的庞然大物。

皮尼拉说：“因为目前大多数系外行星的探索都无法穿透原始行星盘的厚厚尘埃，所以除了一个例外，所有系外行星都在更多不再存在行星盘的进化系统中被探测到。

展望未来，研究团队计划将ALMA的天线移动得更远，这应该会将阵列的分辨率提高到大约五个天文单位(一个AU等于地球和太阳之间的平均距离)，并使天线对其他频率敏感。对其他类型的灰尘敏感。

“我们的结果是理解这个星球形成的关键阶段的令人兴奋的一步，”龙说。“通过进行这些调整，我们希望能更好地了解环和间隙的起源。”