原行星盤如何形成新行星?天文學家揭開「塵埃瀑布」細節

新生恆星與行星系統起源自充滿氣體塵埃的原行星盤,而最近,科學家利用 ALMA 揭開了行星形成時氣體流動的磅礡景象,看起來就像塵埃瀑布。


原行星盤(Proplyd or Protoplanetary Disc)是圍繞新形成年輕恆星的濃密氣體盤,而行星系統就起源自原行星盤形成恆星後的剩餘物質——這也是目前一個星系的形成與演化最被廣為接受之星雲假說模型。

最近美國卡內基科學研究所與密西根大學團隊,收集阿塔卡瑪大型毫米及次毫米波陣列(ALMA)數據,觀察年輕的恆星 HD 163296 系統中一氧化碳發出的特定波長光,揭開原行星盤更細節之處:原行星盤中的氣體運動比預期還要復雜,就像瀑布一樣從高處往低處流竄,而不僅僅是在平面中流動而已。

這是天文學家首次測得氣體往 3 個不同方向流動的速度:圍繞恆星旋轉、朝向或遠離恆星、以及垂直原行星盤向上或向下旋轉的氣體運動,構成一幅 3D 立體圖像,發現氣體以 3 個同心環的形式垂直原行星盤面向下流竄,與中心恆星的距離分別是 87AU、140AU、237AU。

利用這些數據建立電腦模擬後,研究人員試著在上述 3 個距離點放入 3 個行星,果然發現隨著時間流逝,這幾個地方出現了團隊在 HD 163296 中觀察到的塵埃瀑布,這代表很可能就是新生行星引起這種壯觀的氣體流動行為。



▲ 模擬發現塵埃瀑布是由新生行星所引起。

看到這裡有一個待解決問題:想想太陽系中最遙遠的行星海王星,與太陽距離也才 30AU,換句話說上述幾個新生行星與母恆星的距離相當遙遠,那麼這些行星形成之後是會留在附近的軌道運轉、還是形成之後再朝內部遷移,成為太陽系中土星、木星這種氣態巨行星的存在?

卡內基科學研究所天體物理學家 Jaehan Bae 表示,我們可以從它們如何獲得大氣層推斷出所有訊息,但這需要更多時間,目前研究集中在原行星盤中最豐富的氣體:一氧化碳,後續可以改檢測甲烷、甲醇等含量不高的氣體,以更理解原行星盤細節。

新論文發表在《自然》(Nature)期刊。

Star gas reveals more clues about early planet formation
Gas ‘waterfalls’ might be feeding atmospheres of young planets
‘Waterfalls’ of gas reveal baby planets, study says
Gas ‘Waterfalls’ Reveal Infant Planets around Young Star

(圖片來源:美國國家電波天文台)

發現四合星系統原行星盤如摩天輪垂直,盤內緣小行星夜景如仙境
ALMA 幸運拍到新生雙星系統吸積過程,看起來像「椒鹽卷餅」

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