天文學家在有史以來最年輕的行星盤中發(fā)現(xiàn)意想不到的結構

行星形成需要多長時間?根據(jù)一項新的研究,也許沒有我們想象的那么長。

阿塔卡馬大型毫米/亞毫米陣列(ALMA)的觀測表明,圍繞年輕恒星的行星形成可能比科學家想象的要早得多。

這些新結果發(fā)表在美國天文學會的第243次會議.耶魯大學博士生Cheng-Han Hsieh提出了新的觀察結果。

“ALMA對年輕原行星盤的早期觀測揭示了許多美麗的環(huán)和間隙,可能是行星的形成地點,”他說。“我想知道這些環(huán)和間隙是什么時候開始出現(xiàn)在磁盤上的。

Hsieh指的是著名的ALMA原行星盤圖像,這些圖像已經(jīng)成為新聞幾年了。這些圖像顯示了年輕恒星周圍的原行星盤,科學家認為這是行星形成的地方。

ALMA在2018年捕獲了附近原行星盤的這些高分辨率圖像,作為其高角分辨率盤子結構項目(DSHARP)的一部分。這些間隙表明行星在哪里形成并“掃過”它們的物質通道。(ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), S. Andrews 等人;NRAO/AUI/NSF,S. Dagnello)

但是這個早期的圖像和類似的圖像是 2 類磁盤的圖像。來自ALMA的新圖像是CAMPOS(Corona australis,Aquila,chaMaeleon,oPhiuchus north,蛇夫座和Serpens)調查的一部分,該調查以調查中研究的分子云命名。

它們顯示較年輕的 0 類和 1 類磁盤。這些類是指承載圓盤的恒星的年齡。事實上,在這些年輕的時候,他們甚至不被稱為明星;他們被稱為年輕的恒星天體(YSOs.)

2類YSO是一顆具有可見光球的原恒星。但新映像顯示的是 0 類和 1 類的 YSO 和磁盤。在這些年輕的時候,YSO仍處于崩潰和形成階段。

YSO在大約10,000年的時間里只是一個0級天體,在幾十萬年的時間里是一個1級天體。因此,至少可以說,在這些極其年輕的恒星物體周圍的圓盤中發(fā)現(xiàn)環(huán)和間隙是一個令人驚訝的發(fā)展。

如果行星在太陽系生命的早期就形成了,那么它就挑戰(zhàn)了我們對行星如何形成的整個理解。

關于行星如何形成有兩種理論:核心吸積和引力不穩(wěn)定性。

在核心吸積中,巖石核心由碰撞的小行星形成,當它有足夠的質量時,它會吸引氣態(tài)包層??茖W家認為這就是大型氣態(tài)巨行星喜歡的樣子木星形式。

在引力不穩(wěn)定的情況下,原行星盤變得足夠大,以至于它不穩(wěn)定,引力束縛的團塊會形成。這些團塊和碎片繼續(xù)形成行星。

這個簡單的插圖顯示了兩種行星形成理論是如何工作的。核心吸積模型被認為是自下而上的過程,而磁盤不穩(wěn)定性模型被認為是自上而下的模型。(美國宇航局/歐洲航天局/A.菲爾德)

“從核心吸積模型開始,很難在一百萬年內形成巨型行星,”Cheng-Han Hsieh說。

在AAS新聞發(fā)布會上,他展示了自己的工作,Hsieh被問及這些圖像是否捕捉到了行星形成的第一階段。有沒有可能這個過程開始得更早,而我們只是看不到它?

“我們的調查受到角分辨率的限制,”Hsieh解釋說?!拔覀兊慕嵌确直媛始s為 15 AU,因此我們只能檢測大于 8 AU 的環(huán)和間隙等子結構。

“所以,從這個角度來看,太陽和太陽之間的距離土星是 9 AU。因此,如果有一個比太陽和土星之間的距離更大的間隙或環(huán),那么我們可以檢測到這些子結構。

“我們在最早的系統(tǒng)中沒有看到任何子結構,這可能是因為子結構在早期較小,”Hsieh說。

具有子結構的原行星盤的演化序列,來自ALMA CAMPOS調查。這些種類繁多的行星盤結構是年輕原行星的可能形成地點。(Hsieh et al. in prep.)

伊?!の鞲駹枺‥than Siegel)來自”從一聲巨響開始“謝先生又問了另一個重要問題。你看到這些早期磁盤中出現(xiàn)的結構很酷,“Siegel說。

“是否有任何證據(jù)支持或反對我們看到的是一個行星形成結構,而不是像一些模擬所表明的那樣,在這個行星系統(tǒng)的演化過程中,圓盤上雕刻的瞬態(tài)特征將被沖刷掉?”

“對于模擬,如果你在原行星盤內有地球大小或海王星大小的行星,它們將開始從周圍的氣體中吸積氣體,然后隨著時間的推移,它們會雕刻出間隙和環(huán),”Hsieh說。

“另一方面,不同的不穩(wěn)定性,如密度或溫度的擾動,也會導致子結構。因此,從觀測中很難確定這些子結構是否肯定是由行星引起的,還是它們來自不穩(wěn)定。

Hsieh還解釋說,這很難確定,這是許多研究的主題。他還解釋了探測間隙和環(huán)的重要性,無論它們是行星還是某種類型的不穩(wěn)定。

這張ALMA圖像顯示了圍繞年輕恒星HL Tauri的原行星盤。ALMA揭示了圓盤中的一些子結構,例如行星可能正在形成的間隙。只有更好的觀測才能最終告訴我們這些間隙是否是行星,但即使它們不是,間隙的存在也表明圓盤已經(jīng)平靜到足以形成行星。(ESO/ALMA)

“但確定這些子結構何時形成仍然非常重要,因為即使我們不知道里面是否有行星,它仍然為我們提供了行星形成的時間尺度,”Hsieh解釋說。

這是因為在圓盤穩(wěn)定下來和湍流消退之前,行星和任何子結構都無法形成。因此,即使這些實際上不是行星,它們的存在也表明原行星盤已經(jīng)足夠平靜,足以使結構和行星開始形成。

如果它們是行星,那么圖像顯示它們可以在大約30萬年內開始形成,進入承載圓盤的年輕恒星物體的生命。只有未來的觀測才能告訴我們這些是否真的是行星。

正在準備發(fā)表一篇介紹這些圖像和結果的論文。

本文最初由今日宇宙.閱讀原文.

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