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天文学家发现一颗年轻恒星 它周围的神秘气体打破了当前行星形成理论

2019-12-25 11:43 前瞻网   
天文学家发现一颗年轻恒星 它周围的神秘气体打破了当前行星形成理论

天文学家使用阿塔卡马大型毫米波/亚毫米波阵列(ALMA)发现了一颗年轻的恒星,其周围环绕着一团令人惊讶的气体。这颗名为Ceti 49的恒星已经存在了4000万年了,如果按照传统的行星形成理论预测,到这个年龄,这些气体应该已经消失了。这一大团神秘的气体令我们不得不重新思考目前对行星形成的理解。

行星是由气体尘埃盘构成的,称为原行星盘,它围绕着年轻的恒星。尘埃粒子聚集在一起形成类地行星,或通过从圆盘上收集大量气体形成类木星的气态巨行星,成为更大质量行星的核心。根据目前的理论,随着时间的推移,圆盘中的气体要么被行星吸收,要么被中心恒星的辐射压力吹走。最后,这颗恒星被行星和尘埃碎片环绕。这个尘埃盘,被称为碎片盘,暗示着行星的形成过程已经接近完成。

最近射电望远镜的发展在这一领域带来了惊喜。天文学家发现,一些碎片仍然含有一定量的气体。如果这些气体在碎片盘中停留很长时间,行星种子可能有足够的时间和物质进化成像木星那样的大行星。因此,在一个碎片盘的气体影响合成的行星系统的组成。

日本国家天文台(NAOJ)的天文学家Aya Higuchi说:“通过使用ASTE望远镜进行的100多个小时观测,我们在Ceti 49附近的碎片中发现了碳原子气体。”ASTE是位于智利的一架直径10米的射电望远镜,由NAOJ操作。“自然而然地,我们利用ALMA获得了更详细的视图,这给了我们第二个惊喜。Ceti 49附近的二氧化碳含量是我们之前估计的10倍。”

由于ALMA的高分辨率,研究小组首次揭示了碎片中碳原子的空间分布。碳原子比一氧化碳分布更广,一氧化碳是年轻恒星周围第二丰富的分子,氢分子是最丰富的分子。碳原子的数量如此之大,以至于研究小组甚至探测到了来自一种更罕见的碳形式13C的微弱无线电波。这是第一次在492 GHz时探测到天体的13C辐射,通常隐藏在正常12C辐射的后面。

“13C的含量只是12C的1%,因此在碎片中发现13C完全出乎意料。”Higuchi说,“有明确的证据表明,Ceti 49拥有惊人的天然气储量。”

气体的来源是什么?研究人员提出了两种可能性。一是在行星形成的最后阶段,残余气体在消散过程中幸存下来。然而,Ceti 49周围的气体量与活跃的行星形成阶段的年轻恒星周围的气体量相当。目前还没有理论模型来解释这么多的气体是如何持续这么长时间的。

另一种可能性是气体是由像彗星这样的小天体碰撞释放出来的。但是,要解释Ceti 49附近的大量气体,需要的碰撞次数太多了,目前的理论不符合。目前的ALMA结果促使我们不得不重新考虑行星形成模型。

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责任编辑: zhenggongbo

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