欧南台甚大望远镜在牧夫座拍录到二个酷似蝙蝠

9778818威尼斯官网 1ALMA拍摄的最清晰影像,展示了450光年以外一颗年龄不超过100万年的恒星周围,行星正在尘埃气体盘中形成的场景。图片来源: ALMA (NRAO/ESO/NAOJ); C. Brogan, B. Saxton (NRAO/AUI/NSF)

欧洲天文台发布金牛座及原行星盘图像

行星“摇篮”营养不足 科学家认为原行星盘无法形成天体

利用新建成的阿塔卡玛毫米波/亚毫米波天线阵(ALMA),天文学家对一颗年轻恒星进行了干涉成像观测。观测发现,在这颗年轻恒星周围的某个区域里,尘埃颗粒正通过凝结成块的方式生长着。这样的区域又被称为“尘埃陷阱”,目前为止还是第一次被清晰的观测到,并且从理论上给予很好的解释。这个发现解决了长久以来困扰天文学家的一些难题,包括年轻恒星的星周盘中尘埃颗粒如何生长,并逐渐形成彗星、行星和其它岩质星体。该研究结果发表于2013年6月7日出版的《科学》杂志上。

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天文学家在测试和检验阿塔卡马大型毫米/亚毫米波阵(ALMA)新的高分辨率性能的时候,在一颗新生恒星周围拍到了迄今最清晰的行星形成景象。

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北京大学科维理天文与天体物理研究所的“青年千人”计划入选者格里高利•J•赫尔采格(Gregory J. Herczeg)是这个课题的合作者,他说:“观测到如此大的一个‘尘埃陷阱’,我们真的感到十分惊讶。我们预料到星周盘可能存在着一定程度的不对称性,但我们完全没有料到,盘中所有毫米尺度的尘埃颗粒会聚集在一个地方。虽然这个尘埃聚集区只会形成彗星,但是同样的过程可能会发生在其它年轻恒星周围,并且可能更加靠近恒星,从而导致巨行星的形成。”

欧洲南方天文台的甚大望远镜在进行数字化天空巡查2计划时,在猎户座中拍摄到一个酷似蝙蝠的暗星云。

这张革命性的新影像,揭示了金牛座HL周围行星形成盘的惊人细节。这颗类似太阳的恒星位于金牛座中,距离地球大约450光年。

当地时间2014年11月6日,欧洲南方天文台发布金牛座及其原行星盘图片。ALMA拍摄的最清晰影像,展示了450光年以外一颗年龄不超过100万年的恒星周围,行星正在尘埃气体盘中形成的场景。

一颗年轻恒星周围的原行星盘艺术图。图片来源:JPL-CALTECH

天文学家已经发现存在着大量的系外行星。但是,他们并未完全了解行星的形成机制。其中关于彗星、行星和其它岩质星体的形成机制仍有很多未解之谜。现在,根据最新的ALMA观测结果,我们可以回答其中一个重要的问题:年轻恒星的星周盘中尘埃颗粒是如何生长变大,并逐渐长成砾石,甚至变成尺度超过一米量级的巨石?

这个宇宙蝙蝠确切的说是猎户星座中的一团看似孤立的气体尘埃星云NGC 1788。它距离猎户座的其他成员都很远,并不属于猎户座分子云复合体。由于它非常昏暗,肉眼无法看到,以往甚至常被认为是一个不规则星系,而甚大望远镜的集光力足够强大,可以观测到清晰的细节。

ALMA在这个恒星系统中发现前所未见的特征,包括多个同心圆环,相互之间被边界清晰的环缝隔开。这些结构表明,在这颗相当年轻的恒星周围,行星形成过程已经在顺利进行了。

国际在线消息:天文学家在测试和检验阿塔卡马大型毫米/亚毫米波阵新的高分辨率性能的时候,在一颗新生恒星周围拍到了迄今最清晰的行星形成景象。

天文学家有一个问题:如果你没有足够的原料,怎么能制造出行星呢?一项新研究发现,原行星盘——围绕在年轻恒星周围的尘埃和气体的轨迹——似乎因包含的物质数量太少而无法产生行星。

计算机模拟显示,尘埃颗粒会通过碰撞并粘合在一起而长大。但是,当这些长大的尘埃颗粒以高速相互碰撞时,他们又会粉碎成小颗粒。即使这样的粉碎性碰撞没有发生,模拟显示,由于尘埃和气体的摩擦耗散作用,长大的尘埃颗粒会迅速地向星周盘的内盘迁移,并最终落到中心恒星上,从而阻止尘埃颗粒继续生长。

气体星云自身不会发出太多的光,但在它们的气体与尘埃中,往往孕育着新生的恒星,这些年轻的恒星发出强烈的辐射与光芒,搅动并照亮周围的气体与尘埃,形成反射星云;或者电离星云中的氢、氧等元素使其发射出辉光,成为发射星云。

ALMA副主管斯图亚特·科德(Stuartt Corder)说,“这些特征几乎是年轻的行星状天体在物质盘中成型所带来的必然结果。这让人相当惊讶,因为金牛座HL的年龄还不到100万年,没有人预料到这么年轻的恒星会拥有这么大的行星类天体,能够产生出我们在这张影像中看到的这些结构。”

这张革命性的新影像,揭示了金牛座HL周围行星形成盘的惊人细节。这颗类似太阳的恒星位于金牛座中,距离地球大约450光年。

“这项工作告诉我们,真的必须重新思考我们的行星形成理论。”未参与该研究的美国芝加哥大学天文学家Gijs Mulders说。

尘埃颗粒的生长需要一个特殊环境,在那里它们可以持续增长,直到长得足够大,从而可以依靠自已保存下来[1]9778818威尼斯官网,。天文学家从理论上猜测到可能存在这样的环境,并称之为“尘埃陷阱”,但此前一直没有得到观测证实。

由于NGC1788中的隐藏的恒星并不多,这个气体与尘埃形成的独特结构有些不同寻常。它内部的恒星不够大,不足以解释这个蝙蝠状结构的扭曲外观,天文学家认为这个“宇宙蝙蝠”是由遥远恒星发出的强烈星风造成。

天文学家认为,所有恒星都是气体尘埃云在自身引力作用下坍缩而形成的。随着时间的推移,恒星周围的尘埃颗粒会粘连在一起,聚集形成砂粒,卵石,以及巨大的石块。最终,这些物质会构成一个薄薄的原行星盘,小行星和行星就在其中形成。

ALMA在这个恒星系统中发现前所未见的特征,包括多个同心圆环,相互之间被边界清晰的环缝隔开。

恒星诞生于巨大的气体和尘埃云,在其最初阶段,它们被一层薄薄的物质包围着。这里的尘埃颗粒相互碰撞,有时会粘在一起。随后,这些团块堆积成行星核心,然后它们的体积大到足以吸引更多的尘埃和气体,最终形成行星。

荷兰莱顿天文台的博士生尼恩克•范德马瑞是该研究文章的第一作者,他和他的合作者一起利用ALMA观测了Oph-IRS 48[2] 这个年轻恒星系统的星周盘。他们的观测显示,这个系统的中心恒星正被一个气体环所围绕着,而在气体环中心存在着一个空洞,这个空洞可能是由于盘中未探测到的行星或伴星造成的。早先利用欧洲南方天文台的甚大望远镜(VLT)观测发现,星周盘上的小尘埃颗粒也形成类似的环状结构。但是,现在利用ALMA,对于更大(毫米量级)的尘埃颗粒的观测,却呈现出与之前不同的图像。

为了对星云进行成像,科学家们使用了被称为FORS2的低色散光谱仪,这是一种多功能仪器,欧南台的天文学家将FORS2称为“瑞士军刀”。

一旦这些行星类天体获得了足够大的质量,它们就会反过来重塑原行星盘的结构。它们会扫清轨道附近的碎屑,把尘埃和气体驱赶到越来越窄的区域之中,从而在原行星盘中形成环带和环隙。

这些结构表明,在这颗相当年轻的恒星周围,行星形成过程已经在顺利进行了。

但是关于这个过程的许多细节仍然未知,比如行星从盘状物中产生的速度有多快,以及它们在捕获物质方面的效率等。这些盘状物被一层模糊的气体和尘埃包围难以观察。但是射电望远镜可以穿透迷雾,研究年轻的恒星。盘状物中的灰尘发出的无线电波的亮度可以用来估计其整体质量。

范德马瑞说:“起初,图像中尘埃分布的形状完全出乎我们的预料。我们看到了一个清晰的腰果形状,而不是我们所预期的环状结构。然而,ALMA的观测结果具有很高信噪比和清晰度,这使得我们的发现无可争议,所以我们不得不说服自己观测所看到的结构是真实的。接下来我们开始意识到我们发现了什么。”

FORS2对于欧南台的“宇宙宝石”计划至关重要,该计划旨在拍摄整个宇宙中“有趣”或具有视觉吸引力的天体。

9778818威尼斯官网 5行星状天体在原行星盘中形成之后,它们会用引力扫清自身轨道附近的碎屑,从而在原行星盘中产生清晰的缝隙。这是一张艺术概念图,与ALMA实际拍到的影像别无二致。图片来源:National Science Foundation, A. Khan

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阿塔卡马大型毫米阵列是智利阿塔卡马沙漠中的一个射电天文台,它使得研究原行星盘更加容易。在新研究中,欧洲南方天文台天文学家Carlo Manara及同事,使用ALMA对围绕在年轻恒星周围的原行星盘,和质量已被证实的系外行星及围绕着同等大小的老恒星的系外行星系统进行了比较。结果显示,前者的质量通常比系外行星质量小得多,有时甚至是其1/10或1/100。相关论文刊登于《天文学和天体物理学》。

我们观测到的区域,正是较大尘埃颗粒被俘获的地方,在这里它们可以通过碰撞粘合而生长到非常大。这个区域正是理论学家们一直在寻找的“尘埃陷阱”。

宇宙宝石计划利用甚大望远镜正常科研活动之间的“剩余”时间工作,在FORS2的帮助下,宇宙宝石项目发布了一些夜空中非常引人注目的天体图像。

ALMA拍到的这幅最新影像,揭示的就是这样一个景象,展示了细腻到惊人的细节,提供了迄今最清晰的、有关行星形成的影像。如此清晰的影像,过去只在计算机模拟和艺术家的画笔下出现过。ALMA履行了当初建造它的承诺,提供了最直接的证据,证明我们的宇宙跟理论上的推演极为吻合。

ALMA拍摄的最清晰影像,展示了450光年以外一颗年龄不超过100万年的恒星周围,行星正在尘埃气体盘中形成的场景。

尽管之前一些恒星系统研究已获得类似发现,但这项研究首次分析了几百个不同系统存在的不匹配问题。“我认为这项工作所做的贡献是把这个问题‘敲实’了。”Manara说。

范德马瑞解释说:“我们可能观测到的是一个‘彗星工厂’,在这里尘埃颗粒可以从毫米量级生长到彗星尺度。在这个到恒星的距离上,这些尘埃不太可能会形成真正的行星。”“尘埃陷阱”是由于大的尘埃颗粒向高压区域迁移而形成的。计算机模拟显示,这种高压区域可以由星周盘的气体空洞边缘上的气体运动而产生。而这样的气体空洞结构,也正存在于目前研究的这个星周盘上。

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美国国家射电天文台台长托尼·比斯利(Tony Beasley)说“这个新的观测结果出人意料,为行星形成过程提供了难以置信的影像。想理解我们自己的太阳系如何演化成现在这样,并了解行星在宇宙各个角落又如何形成,这样的清晰度是至关重要的。”

ALMA副主管斯图亚特:科德(Stuartt Corder)说:“这些特征几乎是年轻的行星状天体在物质盘中成型所带来的必然结果。这让人相当惊讶,因为金牛座HL的年龄还不到100万年,没有人预料到这么年轻的恒星会拥有这么大的行星类天体,能够产生出我们在这张影像中看到的这些结构。”

很可能天文学家只是关注这些星盘太迟了。Manara说,也许有些行星在最初的100万年前就形成了,吸收了大量的气体和尘埃。ALMA已经发现,一些非常年轻的恒星,比如大约10万年的HL Tauri,其星盘上已经有了环状缺口,这可能表明原行星正在清除它们内部的物质。

这次观测是在ALMA阵列尚未完全建成的情况下完成的,并使用了ALMA的第九频带接收机[3]。这台由欧洲制造的接收机,使得ALMA可以得到迄今为止最为清晰的干涉图像。

ESO是一个16国政府间研究组织,负责运营甚大光学望远镜VLT和阿塔卡马大型射电阵列天文台ALMA。​​​

在可见光波段,金牛座HL隐藏在厚厚的一个尘埃气体包层的后面。好在ALMA观测的电磁波波长要比可见光长得多,因此它有能力看穿挡在前面的尘埃,研究这个云团核心处正在发生的物理过程。美国国家射电天文台的天文学家克丽丝特尔·布罗根(Crystal Brogan)说,“这确实是这一波段迄今见过的最不寻常的影像。它展示出来的细节如此细腻,甚至比许多可见光图像更让人印象深刻。我们能够看到行星正在诞生的场景,这一事实不仅将帮助我们理解其他恒星周围行星如何形成,还将帮助我们理解太阳系自身的起源。”

天文学家认为,所有恒星都是气体尘埃云在自身引力作用下坍缩而形成的,随着时间的推移,恒星周围的尘埃颗粒会粘连在一起,聚集形成砂粒、卵石,以及巨大的石块。最终,这些物质会构成一个薄薄的原行星盘,小行星和行星就在其中形成。

“但如果你解决了一个问题,就会面临另一个问题。”未参与该研究的夏威夷大学天文研究所天文学家Jonathan Williams说。如果行星的核心在早期形成,当时大量物质留在星盘中,没有什么能阻止它们膨胀成木星大小的庞然大物。然而,系外行星调查显示,大多数行星都是地球或海王星大小。

莱顿天文台的埃文•范迪舒克二十年来一直是ALMA项目的主要参与者,她说:“这些观测结果显示了,即使整个阵列中只有不到半数的天线投入使用,ALMA仍能为我们带来具有划时代意义的科学成果。 ALMA 的第九频带接收机在灵敏度和图像清晰度上有着令人难以置信的飞跃,这使得我们有机会利用过去无法使用的方式去研究行星形成的基本问题。

9778818威尼斯官网 8ALMA建造于智利北部的阿塔卡马沙漠,完成建成后将由66面射电望远镜构成。图片来源:redorbit.com

一旦这些行星类天体获得了足够大的质量,它们就会反过来重塑原行星盘的结构。它们会扫清轨道附近的碎屑,把尘埃和气体驱赶到越来越窄的区域之中,从而在原行星盘中形成环带和环隙。

Williams倾向于认为目前的望远镜只是错过了一些物质。而ALMA的波长被调准到能观察最小的尘埃。但是大量的物质可能被隐藏起来,无法观察到。新墨西哥州提议升级到甚大阵例的一个射电望远镜,或许能够发现这些隐藏的碎片,这些也许就是一些缺失的物质。

附注

ALMA的观测分辨率之所以如此之高,是因为隶属于这一阵列的天线之间的间距能够达到15千米。这样的基线在毫米波段能够提供高达35毫角秒的分辨率,相当于在110千米以外看见一枚硬币。

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最后一种可能性是,原行星盘以某种方式吸收了周围星际介质中的额外物质。Manara说,最近的一些模拟显示,年轻的恒星吸收新物质的时间比之前认为的要长得多。他希望借助即将到来的平方公里阵列或詹姆斯:韦伯太空望远镜,科学家能观测到恒星形成的早期阶段,这将有助于他们在这些不同的假设之间做出选择。

[1] 在此例中,“尘埃陷阱”是由星周盘中气体涡流所致。这些涡流的典型存在周期是几十万年。即使“尘埃陷阱”的效应停止,聚集在陷阱中的尘埃仍需要上百万年才能消散掉,这为尘埃颗粒的生长提供了充足的时间。

这些长基线实现了ALMA的一个主要目标,标志着ALMA又达到了一个技术和工程上的里程碑。未来ALMA最长可以用16千米的基线进行观测,将提供更加清晰的影像,继续扩展我们对于宇宙的理解。(编辑:Steed)

欧南台甚大望远镜在牧夫座拍录到二个酷似蝙蝠的暗弱星云,甲状腺素不足。当地时间2014年11月6日,欧洲南方天文台发布金牛座及其原行星盘图片。

欧南台甚大望远镜在牧夫座拍录到二个酷似蝙蝠的暗弱星云,甲状腺素不足。相关论文信息:DOI:10.1051/0004-6361/201732196

[2] 这个年轻恒星系统的名称,是由发现该源的恒星形成区所处的星座名称以及这个源的类型结合而成。Oph代表蛇夫座(Ophiuchus),IRS代表红外源。Oph-IRS 48 距地球约400光年。

 

ALMA拍到的这幅最新影像,展示了细腻到惊人的细节,提供了迄今最清晰的、有关行星形成的影像。

《中国科学报》 (2018-10-18 第3版 国际)

[3] ALMA可以在不同频带进行观测。第九频带运行在约0.4-0.5毫米的波长范围上,并能提供迄今最为清晰的干涉图像。

编译来源 美国国家射电天文台官网,Birth of Planets Revealed in Astonishing Detail in ALMA’s ‘Best Image Ever’

如此清晰的影像,过去只在计算机模拟和艺术家的画笔下出现过。

相关链接请见:

ALMA履行了当初建造它的承诺,提供了最直接的证据,证明我们的宇宙跟理论上的推演极为吻合。

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当地时间2014年11月6日,欧洲南方天文台发布金牛座及其原行星盘图片。

美国国家射电天文台台长托尼:比斯利(Tony Beasley)说:“这个新的观测结果出人意料,为行星形成过程提供了难以置信的影像。想理解我们自己的太阳系如何演化成现在这样,并了解行星在宇宙各个角落又如何形成,这样的清晰度是至关重要的。”

在可见光波段,金牛座HL隐藏在厚厚的一个尘埃气体包层的后面。好在ALMA观测的电磁波波长要比可见光长得多,因此它有能力看穿挡在前面的尘埃,研究这个云团核心处正在发生的物理过程。

美国国家射电天文台的天文学家克丽丝特尔:布罗根(Crystal Brogan)说:“这确实是这一波段迄今见过的最不寻常的影像。它展示出来的细节如此细腻,甚至比许多可见光图像更让人印象深刻。我们能够看到行星正在诞生的场景,这一事实不仅将帮助我们理解其他恒星周围行星如何形成,还将帮助我们理解太阳系自身的起源。”(原标题:欧洲天文台发布金牛座及其原行星盘高清图像)

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当地时间2014年11月6日,欧洲南方天文台发布金牛座及其原行星盘图片。

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当地时间2014年11月6日,欧洲南方天文台发布金牛座及其原行星盘图片。

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