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科学家观察到婴儿期双星系统中的行星形成

来源:水星 时间:2023/5/19

年轻的恒星被密密麻麻的气体和尘埃盘包围,这些气体和尘埃是制造行星的原材料。随着时间的流逝,这些盘片会分散并消失,使外部观察者可以看到新的行星。图片:NASA/JPL-Caltech

DSTuc双星系统的年龄仅相当于太阳的1%,向我们展示了行星如何在其轨道受到外力干扰之前自然地发展。

一个位于光年处的年轻的行星给悉尼新南威尔士大学天体物理学家一个难得的机会来研究行星系统的形成。

最近发表在《天文杂志》上的研究结果表明,DSTucAb行星(在双星系统中绕一颗恒星运行)的形成没有受到第二颗恒星的引力的严重影响。

悉尼新南威尔士大学科学院士本杰明·蒙特(BenjaminMontet)博士说:“我们期望第二颗恒星产生的拉力会使曾经环绕主恒星的气体和尘埃旋转盘倾斜,这一过程将使行星的轨道倾斜。”。

“令人惊讶的是,我们没有发现行星轨道受到影响的证据。我们还发现行星是通过相对平静的过程形成的,这意味着类地行星有可能在这样的双星系统中生存。”

蒙特博士与位于智利拉斯坎帕纳斯天文台的麦哲伦望远镜的国际研究人员团队合作。他们使用了“行星搜寻器”光谱仪来测量罗斯特-麦克劳克林效应(Rossiter-McLaughlin),该效应是行星轨道与恒星自转之间的相对角度。

罗斯特-麦克劳克林效应是指当食双星系统中的伴星或行星穿越主星的球面时所观测到的一种光谱现象。当主星绕其自转轴自转时,其光球上的一个象限看起来在向着地球运动,另外三个象限则朝背离地球方向运动;这造成了恒星光谱的不同红移值,通常能够在恒星谱线的增宽区域发现这种区别。

他们发现DSTucAb行星在一个相对平坦的平面内绕恒星旋转,该平面相对于恒星的旋转轴倾斜约12度。这种低倾角表明,来自伴星的引力没有显著倾斜DSTucAb所在的原行星盘的轨道。

虽然太阳系中的行星的倾角都很小,但对于DSTucAb这样的行星来说却是不寻常的。

蒙特博士说:“大多数相似的行星都以随机角度绕恒星运行,有时甚至达到恒星轴上方90度。”

“DSTuc系统是在恒星生命的早期没有高轨道倾角的第一个证据,它们只是在以后才发生。”

巨大的气体行星DSTucAb拥有万年的历史,被认为是行星时代的“青少年”。我们目前只知道不到十个如此年轻的行星。

它的年龄是天文学家在外部影响干预之前研究系统发育的独特机会。

蒙特博士说:“要知道行星系统能维持多久,这个系统还太年轻,无法进行动力相互作用,但又足够老以形成行星。DSTuc系统正好位于这个阶段。”

DSTucAb:“热海王星”

DSTucAb行星是海王星大小的气体行星,它紧紧围绕其恒星运行-绕恒星旋转一圈仅需8.1天。这些类型的行星因其快速和接近恒星而被称为“热海王星”。

热海王星与我们太阳系的不同。

水星是距离我们太阳最小和最近的行星,要花费近天才能完成其轨道。我们最接近太阳的气体星球木星需要天以上的时间。

巨型气体行星不太可能太靠近恒星发展。目前的理解是它们形成的距离更远,随着时间的流逝,有一种力使它们向恒星靠近。

科学家们想知道那是什么力量。

蒙特特博士说:“关于热海王星如何如此接近恒星,有两种主要理论。”

“有一种理论认为,外力可能是发生的多次碰撞,将它们‘踢’近一些,在那里它们摆动并最终落在一个新轨道上。”

“另一个理论是,行星盘内部的平稳过程会产生一种力,该力会逐渐将行星拉近恒星。”

测试倾斜度可以帮助科学家发现起作用的力量。倾斜度低的行星被认为是由光滑的圆盘形过程形成的,而更剧烈的过程将导致随机或高倾斜度。

但是,天文学家最近对宽距离双星可以使年轻行星的轨道围绕其恒星倾斜的猜测很感兴趣,尽管这个过程很平稳,但会导致行星具有较高的轨道倾角。

“如果属实,这将颠覆我们关于行星形成的理论!”蒙特博士说。

尽管DSTucAb的低倾斜度不支持该理论,但科学家们正在寻找更多的年轻的双星系统进行测试。

下一代行星系统

从星系系统中学习时,我们今天可以观察到的许多系统都提供了该系统过去的不准确历史。

蒙特特博士说:“现今的系统并不是纯粹的实验室结果。”

“数十亿年以来,行星-行星和行星-恒星的相互作用会散射、扭转、迁移和扰乱轨道,这使我们今天所看到的与它们最初形成的方式非常不同。”

行星形成需要0万到1亿年的时间,但是从地球上看到的大多数行星都更古老。DSTuc系统具有万年的历史,仅是太阳年龄的1%。

蒙特博士说:“DSTucAb处于一个有趣的时代。原行星盘已经消散,我们可以看到行星,但是对于双星系统的另一颗恒星的轨道来说,它还太年轻,无法影响它的路径。

“它使我们有机会以五十亿岁的恒星无法理解的方式了解行星的形成动力学。

DSTucA是有史以来已经对其自旋轨道进行了准确测量的最年轻的恒星。

搜寻天空

DSTucAb仅在南半球可见。它是去年通过NASA的凌日系外行星巡天卫星(TESS)任务发现的,该任务是一项全天候的测量任务,旨在在亮星附近发现系外行星。

蒙特与哈佛大学和卡内基大学的研究人员紧密合作,他们还测量了DSTucAb的倾角,但使用了多普勒断层扫描方法。

蒙特博士说:“首次对系外行星的搜索是在北半球的设施中进行的,因此它们错过了许多偏南的行星。”

“NASA的TESS任务正在改变这一现状。它正在寻找以前从未被搜寻过的围绕恒星的所有这些行星。”

蒙特博士及其团队正在努力寻找和表征年轻恒星周围更多的行星。他们希望研究诸如耀斑和星斑之类的恒星活动如何影响行星的探测和宜居性。

芝加哥大学美国国家科学基金会研究生院研究员阿迪娜·费恩斯坦(AdinaFeinstein)表示:“寻找年轻的行星具有挑战性。我们确实需要了解母恒星的行为,以便能够发现这些行星的微弱信号,这些信号可能被耀斑和星斑所淹没。”

蒙特博士说:“没有理由像地球这样的行星不能在像这样的热海王星系统中形成和生存。”

“我们只需要出去找到他们。”

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