哈勃望远镜观察到正处于形成过程的巨大系外行星

2021年05月01日 10:50 次阅读 稿源:cnBeta.COM 条评论

据外媒报道,你是否曾在烘焙时把厨房弄得一团糟?有时它看起来像是面粉漂浮在空中,但一旦加入了大量的水并形成面团,面包就会变得更像一个球。类似的过程也发生在遥远的太阳系PDS 70中,只不过面粉和水变成了气体和尘埃。

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以行星PDS 70b为例,随着这个遥远的星球数百万年的质量积累,气体和尘埃正在慢慢地被吸进来。

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研究人员通过利用哈勃望远镜首次直接测量了PDS 70b的质量增长率,他们利用了该天文台独特的紫外线敏感度捕捉到了落到这颗行星上的极热气体的辐射。这颗巨大的、木星大小的行星的轨道距离跟天王星与太阳的距离大致相同--尽管它在太阳系中运行时要经历一团混乱的气体和尘埃。这颗行星约在500万年前开始形成,可能处于其形成过程的最后阶段。研究人员的发现开辟了一种研究行星形成的新途径,它可以帮助其他天文学家寻求更多关于遥远太阳系中巨大行星是如何生长的信息。

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NASA的哈勃太空望远镜为天文学家们提供了一次观察一颗木星大小、仍在形成的行星的罕见观测机会。据悉,这颗星球依赖于一颗年轻恒星周围的物质。

来自德克萨斯大学奥斯汀分校的Brendan Bowler指出:“我们对巨型行星是如何成长的知之甚少。这个行星系统让我们第一次有机会看到物质落在行星上。我们的研究结果为这项研究开辟了一个新领域。”

虽然到目前为止已有4000多颗系外行星被编目,但只有约15颗由望远镜直接拍摄到图像。这些行星是如此遥远和微小,它们在最好的照片中只是点。该团队利用哈勃望远镜直接拍摄这颗行星的新技术为进一步的系外行星研究铺平了新道路,尤其是在行星的形成时期。

这颗巨大的系外行星被命名为PDS 70b,它围绕着橙色矮星PDS 70运行。科学家已经知道的是,PDS 70在环绕恒星的巨大尘埃和气体盘中有两颗正在形成的行星。该星系位于半人马座,距离地球370光年。

“这个系统(的发现)是如此令人兴奋的,因为我们可以见证行星的形成。这是哈勃直接拍摄到的最年轻的真实行星。在年轻的500万年里,地球仍在收集物质并积累质量。”同样来自德克萨斯大学奥斯汀分校的研究人员Yifan Zhou说道。

哈勃望远镜对紫外线(UV)的灵敏度提供了一个独特的视角来观察落到这颗星球上的极热气体的辐射。“哈勃的观测使我们能够估算出这颗行星增加质量的速度,”Zhou补充道。

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紫外线观测还增加了对这颗行星的研究主体,这使得该小组得以首次能直接测量这颗行星的质量增长率。在约500万年的时间里,这颗遥远的行星的质量已经达到了木星的5倍。目前测量到的吸积速率已经减小到这样的程度:如果这个速率再保持100万年不变,这颗行星的质量只会增加约木星质量的百分之一。

Zhou和Bowler强调,这些观测结果只是一个及时的快照--他们需要更多的数据来确定行星质量增加的速率是增加还是减少。“我们的测量表明,这颗行星正处于其形成过程的最后阶段。”

年轻的PDS 70系统充满了原始的气体和尘埃盘,其为整个系统内行星的成长提供了燃料。行星PDS 70b被它自己的气体和尘埃盘所包围,它从更大的环绕星盘中吸取物质。研究人员假设,磁力线从环绕行星的圆盘延伸到这颗系外行星的大气层并将物质汇集到行星表面。

Zhou表示:“如果这种物质沿着圆盘上的柱状物进入星球就会造成局部热点。这些热点的温度可能至少是地球温度的10倍。”人们发现这些热斑在紫外线下会发出强烈的光。

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这些观察为46亿年前在太阳周围形成气态巨行星提供了见解。木星可能是在周围的陨落物质盘上膨胀形成的,它的主要卫星也可能是由盘中的残留物形成的。

现在,团队面临的挑战是克服来自母星的光芒。PDS 70b的轨道距离跟天王星与太阳的距离大致相同,但其恒星在紫外线波长上却比后者亮3000多倍。Zhou在处理图像的过程中非常小心地去掉了来自恒星的眩光、只留下这颗行星发出的光。在此过程中,他将哈勃望远镜观测到的行星跟其恒星的距离限制提高了五倍。

“发射31年后,我们仍在寻找使用哈勃望远镜的新方法,”Bowler补充道,“Yifan的观测策略和后处理技术将为哈勃重复研究类似系统甚至相同系统打开新窗口。随着未来的观察,我们可能会发现大部分气体和尘埃何时会落在它们的行星上以及是否以恒定的速率落在上面。”

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