行星可能潜伏在这些恒星盘的空隙中。 但它们是如何形成如此之快的?

行星可能潜伏在这些恒星盘的空隙中。 但它们是如何形成如此之快的?
年轻恒星周围的尘埃盘中的间隙指向看不见的行星将它们清扫干净。 理论家们并没有想到行星如此迅速地形成。
S. Andrews, et al。 / ALMA(ESO / NAOJ / NRAO); S. Dagnello / NRAO / AUI / NSF
行星可能潜伏在这些恒星盘的空隙中。 但它们是如何形成如此之快的?

HL Tau,仅仅是一颗不超过一百万年历史的明星,被惊慌失措地襁褓道来。 四年前,智利的阿塔卡马大毫米/亚毫米阵列(ALMA)揭示了HL Tau周围明亮的尘埃盘中的空隙 - 显然是由天文学家认为可能早于数百万年前形成的看不见的行星清扫干净。 但现在,ALMA对附近年轻恒星周围20个磁盘的调查表明,HL Tau周围的早熟行星并非异常 - 这一结果将使理论家们忙碌多年。

“这很壮观,”普林斯顿大学的约书亚温恩说。 “我们永远不会以同样的方式思考磁盘。”

许多理论家认为,行星是由核心吸积形成的,这种吸积始于尘埃粒子碰撞并粘在一起。 这些团块长成了鹅卵石,岩石,最后是大小的“核心”,大小的行星可以通过它们的引力吸收剩余的灰尘和气体。 这个过程预计会很慢,需要数百万年的时间才能完成。

上周在“天体物理学杂志快报”上发表的10篇论文中发布的新调查结果表明时间尺度要严格得多。 ALMA是智利北部阿塔卡马沙漠中高达64个可移动菜肴的阵列,可以捕获红外和微波波段之间毫米波长的尘埃粒子。 每年一次,阵列扩展到最宽的15公里,以获得最高分辨率。 调查小组赢得了令人垂涎的“大型计划”,为其提供了65小时的高分辨率观测时间,足以查找和研究20位年轻明星的磁盘。

该团队获得了明确的差距,即使是年仅30万岁的明星。 同样令人费解的是,许多差距远远超出了他们的恒星 - 远远超过海王星的轨道 - 行星的轨道运动速度缓慢会使通过核心增生扫除尘埃和气体以及形成行星变得更加困难。

一种替代模型依赖于盘中不稳定的涟漪或团块在其自身引力下坍塌可以使行星更快,特别是在遥远轨道上的大行星。 但英国剑桥大学天文学研究所的Marco Tazzari指出,调查发现磁盘中几乎没有螺旋臂 - 磁盘不稳定的迹象。 “我们无法解释许多结构,”他说。

新观察确实揭示了磁盘中密集的材料带,这可以缓解核心吸积模型的一个挑战。 厘米大小的颗粒应该受到周围气体的阻力,并迅速落入恒星,耗尽行星形成材料的圆盘。 但塔扎里说,密集的波段可能成为陷阱,阻止谷物向内迁移并保留它们以促进行星的生长。

所有解释都假定看不见的行星确实是造成差距的原因。 但剑桥的罗曼·拉菲科夫说,它们可能是由于雪线上的压力变化造成的,水流中的气体会冻结在谷物上,或者通过磁盘中的磁场,这可能会聚集带内的带电粒子。 “我们在工作中看到的可能是几种同时工作的机制,”他说。

为了解决这些问题,天文学家需要进一步观察。 ALMA和某些射电望远镜可以监视光盘中的气体,这占其质量的99%。 这将使天文学家能够看到气体中是否存在相同的带和间隙,并了解气体和尘埃是如何相互作用的。

拉菲科夫说:“吸烟枪”,“将找到行星”。 大型光学望远镜捕捉到了年轻恒星周围遥远轨道上的少数系外行星的图像,但只有一次完成并且磁盘已经散开。

Tazzari说,像ALMA调查这样的结果正在改变这个领域。 “它正在使行星形成一个观测领域,而不仅仅是一个理论领域。”